Estudio de ingeniería conceptual sobre la

Maisterrena, Rodrigo ; Pancotto, Emilio
Estudio de ingeniería conceptual sobre la
producción sustentable de caños plásticos a
partir de bidones
Trabajo Final de Ingeniería Industrial
Facultad de Ciencias Fisicomatemáticas e Ingeniería
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Cómo citar el documento:
Maisterrena R, Pancotto E. Estudio de ingeniería conceptual sobre la producción sustentable de caños plásticos a partir
de bidones [en línea]. Trabajo Final de Ingeniería Industrial. Universidad Católica Argentina. Facultad de Ciencias
Fisicomatemáticas e Ingeniería, 2015. Disponible en:
http://bibliotecadigital.uca.edu.ar/repositorio/tesis/estudio-ingenieria-conceptual-produccion.pdf [Fecha de
consulta:.........]
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA ARGENTINA
Estudio de
Ingeniería conceptual
sobre la producción
sustentable de caños
plásticos a partir de
bidones
Trabajo Final de Ingeniería
Industrial
TUTOR: Ing. Juan Montesano
ALUMNOS:
-
MAISTERRENA, RODRIGO
PANCOTTO, EMILIO
Resumen ejecutivo
El siguiente trabajo surge como continuación y ampliación del proyecto
“Bidones de agroquímicos: reinserción a la cadena productiva mediante su reciclado”
presentado en el concurso UCAFI 2014 de la Facultad de Ingeniería, de la Pontificia
universidad Católica Argentina. Donde se trata la problemática de la inadecuada
disposición final de los bidones de agroquímicos en la industria agropecuaria, con el
consecuente perjuicio ambiental y de salud para las personas.
Es de interés de este trabajo analizar la factibilidad productiva, operativa y
económica financiera del montado de una planta de producción de caños corrugados
de uso comercial a partir del reciclado de bidones de agroquímicos, tomando como
premisa una red de logística de abastecimiento ya establecida.
Se realiza un estudio detallado de la ingeniería conceptual necesaria para el
diseño del proceso productivo de la planta, donde se tratan los conceptos más
importantes tanto para la instalación como para la operación de los procesos.
Enmarcando el análisis en un contexto de aplicación real, a través de un análisis
comercial y económico del proyecto.
Summary
The following proyect arises as the extension of the study “agrochemicals
drums: reinsertion to productive chain through recycling” presented at the competition
UCAFI 2014. Here the issue to develop, was the inappropied way in wich plastic drums
with agrochemicals are finally disposed in the agricultural industry. With the
consequent damage to environment and health of people.
Is the matter of this work to analice the feasibility of the operative, productive
and financial set up of a plactic industrial plant, were plastic drums will be recycled and
transformed into comercial corrugated pipes,taking into acount an established logistic
network alredy developed.
A full detailed study of the principal engineering concepts needed for the design
of the productive plant is taken into acount, were the main subjects referred to the
operation process areanalyzed. All this is framed in a real context, through a comercial
and economic review.
i
1. EL PROYECTO ................................................................................................................ 1
1.1
1.2
1.3
1.4
2
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 1
ALCANCE DEL PROYECTO ................................................................................................... 2
ESTRUCTURA NORMATIVA Y LEGAL VIGENTE ........................................................................... 2
EL POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD (PEAD).......................................................................... 3
EL PRODUCTO ............................................................................................................... 6
2.1 PROPIEDADES FÍSICAS ....................................................................................................... 7
2.2 PROPIEDADES QUÍMICAS................................................................................................... 7
2.3 PROPIEDADES MECÁNICAS ................................................................................................ 8
2.4 COMPORTAMIENTO CON LA LLAMA ...................................................................................... 9
2.4.1 RETARDANTES DE LLAMA ........................................................................................................ 9
2.4.2 TIPOS DE RETARDANTES DE LLAMA PARA PLÁSTICOS ................................................................... 10
2.4.2.1 Los halógenos ............................................................................................................... 10
2.4.2.2 Fósforos ........................................................................................................................ 10
2.4.2.3 Hidratos Metálicos ....................................................................................................... 11
2.4.2.4 Cianurato de melamina ................................................................................................ 11
3
ANÁLISIS COMERCIAL .................................................................................................. 12
3.1 MERCADO ACTUAL Y APLICACIONES ................................................................................... 12
3.2 ANÁLISIS DE MERCADO ................................................................................................... 13
3.2.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 13
3.2.2 INDICADORES DEL MERCADO ................................................................................................. 13
3.2.3 ESCALA DE PROYECTO EN BASE A NUESTROS PRONÓSTICOS ......................................................... 20
3.3 ANÁLISIS DE LA PRODUCCIÓN ........................................................................................... 21
4
ANÁLISIS Y DESARROLLO DEL ÁREA TÉCNICO-PRODUCTIVA .......................................... 23
4.1 ESTUDIO DEL PROCESO PRODUCTIVO .................................................................................. 23
4.2 MAQUINARIA NECESARIA ................................................................................................ 24
4.2.1 MOLINO............................................................................................................................. 24
4.2.2 ZARANDA ........................................................................................................................... 26
4.2.3 EXTRUSORA ........................................................................................................................ 27
4.2.4 CAMISA Y TORNILLO ............................................................................................................. 28
4.2.5 SISTEMA DE CALEFACCIÓN ..................................................................................................... 31
4.2.6 SISTEMA DE FILTRO .............................................................................................................. 33
4.2.7 CORRUGADORA ................................................................................................................... 34
4.2.8 SISTEMA DE CORTE ............................................................................................................... 35
4.3 SELECCIÓN DE MAQUINARIAS Y EQUIPOS............................................................................. 35
4.4 DISEÑO DE EQUIPO DE EXTRUSIÓN ..................................................................................... 37
4.5 INSTALACIONES DE SERVICIOS ........................................................................................... 39
4.5.1 AIRE COMPRIMIDO .............................................................................................................. 39
4.5.2 AGUA DE SERVICIO............................................................................................................... 40
4.6 MANTENIMIENTO .......................................................................................................... 40
ii
4.7 CONTROL DE CALIDAD ..................................................................................................... 41
4.7.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN ........................................................................................... 44
4.7.2 VARIABLE DE ANÁLISIS Y CONTROL .......................................................................................... 45
4.7.3 ANÁLISIS DEL MERCADO ........................................................................................................ 45
4.7.4 ANÁLISIS DEL PROCESO PRODUCTIVO ...................................................................................... 48
4.7.5 CONCLUSIÓN SOBRE EL SISTEMA DE CALIDAD............................................................................ 53
4.8 RECICLADO DE DESPERDICIOS............................................................................................ 54
4.9 DESARROLLO DEL LAYOUT ............................................................................................... 55
4.9.1 LOGÍSTICA INTERNA DE LA PLANTA .......................................................................................... 56
4.9.2 ORGANIZACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL PERSONAL REQUERIDO........................................................ 56
4.10 ANÁLISIS DE VARIANTES PRODUCTIVAS.............................................................................. 57
4.10.1 DESARROLLO DE LÍNEA BICAPA ............................................................................................. 57
5
ANÁLISIS ECONÓMICO ................................................................................................ 60
5.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 60
5.2 DESGLOSE Y ANÁLISIS INTEGRAL DE COSTOS.......................................................................... 60
5.2.1 GASTOS GENERALES DE FABRICACIÓN ..................................................................................... 60
5.2.2 COSTOS DIRECTOS DE FABRICACIÓN........................................................................................ 61
5.2.3 AMORTIZACIONES ................................................................................................................ 61
5.3 INVERSIONES ................................................................................................................ 62
5.3.1 PROGRAMA DE INVERSIÓN .................................................................................................... 64
5.4 ANÁLISIS DE CAPITAL ...................................................................................................... 64
5.5 VALUACIÓN DE PROYECTO ............................................................................................... 66
5.5.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 66
5.5.2 CUADRO DE RESULTADOS PROYECTADO .................................................................................. 68
5.5.3 FLUJO DE FONDOS ............................................................................................................... 69
5.5.4 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD ..................................................................................................... 72
6
CONCLUSIONES ........................................................................................................... 76
6.1 IMPACTO AMBIENTAL ..................................................................................................... 76
6.2 RESULTADOS DEL PROYECTO ............................................................................................ 77
6.2.1 RESUMEN ........................................................................................................................... 77
6.2.2 PERSPECTIVAS FUTURAS ........................................................................................................ 77
7
ANEXO 1: CÁLCULOS Y DESARROLLOS MATEMATICOS.................................................. 78
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
7.10
7.11
7.12
RESUMEN DE NOMENCLATURA ......................................................................................... 78
HIPÓTESIS Y SISTEMAS DE REFERENCIA ................................................................................ 81
CALCULO DE VELOCIDAD ................................................................................................. 82
CALCULO DE MÁXIMA VELOCIDAD ADMISIBLE ...................................................................... 83
CÁLCULO DE LAS PRESIONES MÁXIMAS Y OPERATIVAS ............................................................ 83
CÁLCULO DEL CAUDAL ..................................................................................................... 84
EFECTO DEL PICO O BOQUILLA SOBRE EL CAUDAL ................................................................... 86
AJUSTE DEL CAUDAL POR EFECTO DE BOQUILLA (K) ................................................................ 87
CÁLCULO DEL TIEMPO DE PERMANENCIA EN LA CAMISA .......................................................... 87
CÁLCULO DEL RESISTENCIAS ELÉCTRICAS ............................................................................ 88
CÁLCULO DEL TIEMPO DE PERMANENCIA EN EL MOLDE .......................................................... 90
CÁLCULO DEL CAUDAL DE TRABAJO .................................................................................. 91
iii
7.13 CÁLCULO DE POTENCIA MECÁNICA (MOTOR PRINCIPAL) ....................................................... 92
8
ANEXO 2: CALCULOS, SIMULACIONES Y RESULTADOS................................................... 93
8.1 PARÁMETROS DE INICIO .................................................................................................. 93
8.2 RESULTADOS DE EXTRUSORA EN RÉGIMEN MÁXIMO DE TRABAJO .............................................. 94
8.3 RESULTADOS DE EXTRUSORA EN RÉGIMEN ARBITRARIO .......................................................... 95
8.4 CALCULO DE CAUDALES DE FUNCIONAMIENTO ...................................................................... 96
8.5 TIEMPOS DE PERMANENCIA Y POTENCIA ELÉCTRICA ................................................................ 98
8.6 SIMULACIÓN DE RESISTENCIAS ELÉCTRICAS ........................................................................... 98
8.7 RESULTADOS DE SIMULACIÓN TÉRMICA (SOLID EDGE ST6) .................................................... 100
8.7.1 PROPIEDADES DEL ESTUDIO ................................................................................................. 100
8.7.2 GEOMETRÍA DEL ESTUDIO .................................................................................................... 101
8.7.3 CARGAS APLICADAS ........................................................................................................... 102
8.7.4 INFORMACIÓN DE MALLADO ................................................................................................ 102
8.8 RESULTADOS DE SIMULACIÓN PROGRAMACIÓN LINEAL......................................................... 103
9
9.1
9.2
9.3
9.4
INDICE DE CONTENIDO .............................................................................................. 109
ECUACIONES .............................................................................................................. 109
GRÁFICOS .................................................................................................................. 109
ILUSTRACIONES ........................................................................................................... 109
TABLAS ..................................................................................................................... 110
10 BIBLIOGRAFÍA Y MATERIAL DE CONSULTA ................................................................. 112
10.1 PRESENTACIONES ...................................................................................................... 112
10.2 TESIS DE GRADO........................................................................................................ 112
10.3 LIBROS .................................................................................................................... 113
iv
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1. EL PROYECTO
1.1 INTRODUCCIÓN
Hoy en día los envases plásticos, en particular los bidones o botellas, están
presente sin excepción en cualquier hogar como en innumerables industrias. El PEAD
(Polietileno de Alta Densidad) es uno de los materiales preferenciales a la hora de la
producción de estos recipientes al tener una excelente relación entre sus costos de
obtención y sus propiedades químico-mecánicas. Para dar noción de la amplitud de
mercados donde está presente el PE, lo podemos ver en: Baldes, envases para
alimentos, aceites, alcoholes, bidones para productos químicos como así también para
detergentes y agroquímicos.
Para dar algunas cifras significativas, en nuestro país, donde la actividad
agrícola-ganadera ha registrado durante los últimos 20 años una notable expansión,
basada en la plantación de cultivos transgénicos, siembra directa y un mayor uso de
fertilizantes, plaguicidas y distintos agroquímicos se utilizan alrededor 3 millones de
toneladas de estos productos en cada campaña anual1. Sin embargo en las grandes
ciudades se puede observar un panorama similar, en el AMBA (Área Metropolitana de
Buenos Aires), el plástico representa cerca del 20% del total de los residuos sólidos
urbanos que recibe el CEAMSE (Coordinación Ecológica Área Metropolitana Sociedad
del Estado), que son de más 16 mil toneladas diarias2.
Si bien es cierto que en la actualidad existe una mayor concientización por parte
del empresariado y la sociedad por las llamadas “campañas verdes” y nuevas
legislaciones para regular el uso y disposición final de estos plásticos, es necesario
poder ser capaces de lograr una reutilización sustentable y económicamente viable de
este material a través del tiempo sabiendo aprovechar tanto los ciclos agrícolas, como
los flujos constantes de las grandes ciudades.
1
Consumo de Fertilizantes en el Agro 2013, CIAFA
Gestión de Residuos Sólidos Urbanos 2012, FARN y GREENPEACE
2
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1.2 ALCANCE DEL PROYECTO
Dadas las condiciones marcadas en la introducción, el proyecto en cuestión
busca analizar la factibilidad productiva, operativa y económica financiera del montado
de una planta de producción de caños corrugados de uso comercial a partir del
reciclado de bidones de agroquímicos. Se toma como premisa la existencia de una red
de logística capaz de abastecer la necesidad de materia prima (fardos de bidones de
agroquímicos de PEAD compactados3).
A lo largo de este trabajo se realiza un acabado estudio de:
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
El Producto: Sus principales características técnicas, materiales,
ventajas y desventajas, aplicaciones.
Análisis Comercial: Aplicación del producto, capacidad de absorción
de mercado, pronósticos de ventas, escala del proyecto.
Estudio del proceso Productivo: Análisis de cada una de las fases
del proceso, maquinaria e instalaciones necesarias.
Diseño de equipo de Extrusión: Estudio de los parámetros de diseño
básicos de este equipo, simulaciones, cálculos y dimensionamiento.
Análisis de Control de Calidad de Proceso: Se efectúa un estudio
estadístico en orden de determinar una metodología de trabajo que
genere un proceso bajo control.
Costeo del proyecto: Discriminación y desglose integral del costo del
proyecto y las inversiones necesarias.
Valuación del proyecto: Escenarios y pronósticos, análisis de
viabilidad económico financiera, análisis de sensibilidad del
proyecto.
1.3 ESTRUCTURA NORMATIVA Y LEGAL VIGENTE
Si bien Desde la Constitución Nacional, las leyes nacionales y provinciales y
hasta en las reglamentaciones de los gobiernos locales se pueden encontrar normas
claras en cuanto al uso sustentable de los recursos naturales y cuidado del medio
ambiente. En nuestro país la aplicación de las leyes de cuidado ambiental, reciclado y
buenas prácticas agrícolas, por nombrar algunas, son relativamente recientes.
Para citar un ejemplo, CASAFE (Cámara de Sanidad Agropecuaria y
Fertilizantes) lanzó hace más de veinte años un programa denominado "Agrolimpio"
cuyo principal objetivo era generar un sistema para la recolección y la transformación
de todos los envases plásticos utilizados en el campo. Pero esta iniciativa privada no
prosperó todo lo que se necesitaba.
3
Se consideran los fardos libres de las tapas de los bidones (ya que son de PEAD
inyectado no soplado), y libres de las etiquetas o con las mismas si son plásticas sin
componentes de papel. Deberán a su vez haber sido utilizados según normativa (Triple
Lavado), para más información de esto estudiar normas mencionadas en el próximo apartado.
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Esos bidones representan unas 13 mil toneladas por año de plásticos, pero
este programa solo logra recolectar el 35%, unas 4.200 toneladas. Qué sucede con el
resto es una incógnita. Se sabe que una porción es captada por un circuito informal de
reciclaje. Pero muchas veces, esos peligrosos envases quedan tirados en los campos.
Entre las normas más relevantes podemos citar a las siguientes:
Artículo 42 de la Constitución Nacional
Ley Nacional 24.051/91 de Residuos Peligrosos y su decreto
reglamentario 831/93:
Ley 11.720 de Residuos Especiales de la Provincia de Buenos Aires
Norma IRAM 12.069 para Gestión de Envases de Agroquímicos
La Guía de Uso Responsable de Agroquímicos (GURA)
1.4 EL POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD (PEAD)
El polietileno es un material termoplástico blanquecino, de transparente a
translúcido, y es frecuentemente fabricado en finas láminas transparentes. Las
secciones gruesas son translúcidas y tienen una apariencia de cera. Mediante el uso
de colorantes pueden obtenerse una gran variedad de productos coloreados. Los
termoplásticos pueden ser ablandados mediante calor repetidas veces y endurecidos
mediante enfriamiento. Las resinas de polietileno son termoplásticas.
Las propiedades de las resinas de polietileno se deben principalmente, sino
exclusivamente a tres propiedades moleculares básicas: densidad, peso molecular
promedio y distribución del peso molecular. Estas propiedades básicas a su vez
dependen del tamaño, estructura y uniformidad de la molécula de polietileno.
Algunas de las propiedades que hacen del polietileno una materia prima tan
conveniente para miles de artículos manufacturados son, entre otros, poco peso,
flexibilidad, tenacidad, alta resistencia química y propiedades eléctricas sobresalientes.
El polietileno de alto peso molecular o de alta densidad es un sólido blanco y
translúcido. En secciones delgadas es casi del todo transparente. A las temperaturas
ordinarias es tenaz y flexible, y tiene una superficie relativamente blanda que puede
rayarse con la uña.
A medida que aumenta la temperatura, el sólido va haciéndose más blando y
finalmente se funde a unos 160 °C, transformándose en un líquido transparente.
Si se reduce la temperatura por debajo de la normal, el sólido se hace más
duro y más rígido, y se alcanza una temperatura a la cual una muestra no puede
doblarse sin romperse.
Por la polimerización de etileno pueden obtenerse productos con propiedades
físicas muy variadas. Estos productos tienen en común la estructura química
fundamental del eteno y en general tienen propiedades químicas de un alcano de peso
molecular elevado.
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Este tipo de polímero se creó para usarlo como aislamiento eléctrico, pero
después ha encontrado muchas aplicaciones en otros campos, especialmente como
película y para envases.
∆𝐻=−22𝑘𝐶𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙
𝑛(𝐶2 𝐻4 ) ⇔
(𝐶2 𝐻4 )𝑛
Ecuación 1 - Polimerización del etileno
Durante la polimerización la reacción es sensible a un número muy grande de
catalizadores y es iniciada con facilidad especial por compuestos que producen
radicales libres. La producción de un polímero termoplástico de longitud de cadena del
orden de 1000 unidades de etileno sólo se consiguió cuando se sometió el etileno a
una presión próxima a 1000 atm. a 200 ºC. Aunque después se demostró que podían
producirse polietilenos termoplásticos algo semejantes a presiones más bajas, sigue
siendo un requisito esencial para la producción de un gran polímero un etileno de alta
densidad.
La producción de polietileno exige una fuente de etileno puro, equipo de
compresión adecuado para trabajar a 1000 atm, y un reactor de alta presión para
realizar la polimerización rápida y altamente exotérmica bajo control.
El polímero, que suele producirse a una temperatura en que es líquido, tiene
que separarse del etileno que no ha reaccionado (que puede devolverse al recipiente
de polimerización) y el producto tiene que ponerse en forma física apropiada para la
venta. El proceso se lleva a cabo de manera cómoda y económica en operación
continua.
La polimerización del etileno se realiza normalmente en presencia de
catalizadores que producen radicales libres. El mecanismo general es semejante al de
otros compuestos de vinilo e implica las fases de iniciación del radical libre,
propagación de la cadena del polímero y terminación de la cadena. Un carácter
importante de la polimerización del etileno, por efectuarse el proceso en un gas
comprimido, es la posibilidad de variar la concentración del etileno entre límites
amplios, proporcionando así un medio, además de las variaciones de la temperatura y
de la concentración del catalizador, para controlar la rapidez de la polimerización y el
peso molecular del polímero. Otro punto importante es que la producción de moléculas
de cadena ramificada es mayor en la polimerización del etileno que en otras
polimerizaciones vinílicas, lo que influye en las propiedades físicas y mecánicas del
polímero.
Los catalizadores de Ziegler-Natta son complejos metálicos con propiedades
catalíticas que permiten la polimerización estereoespecífica de alquenos. Se
componen de:
un cloruro de metal de transición, frecuentemente titanio pero también
cobalto, níquel o neodimio.
un compuesto organometálico, habitualmente un alquil-aluminio.
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El movimiento del polietileno en su fase líquida es no newtoniano. La velocidad
disminuye a medida que aumenta la presión y con ésta la velocidad de paso. Por la
sensibilidad de la viscosidad de la masa fundida al peso molecular, y en virtud de que
el polietileno se maneja normalmente en estado fundido en operaciones de extrusión,
moldeo o vaciado, los diferentes polímeros del comercio se caracterizan por la
viscosidad del producto fundido.
Por ejemplo en el intervalo 20000-30000 del peso molecular, un aumento de
10% del peso molecular dobla aproximadamente la viscosidad del producto fundido. Y
la viscosidad del polietileno fundido disminuye a medida que aumenta la temperatura;
se reduce aproximadamente a la mitad por un aumento de 25 ºC, en la temperatura.
El PEAD tiene las siguientes propiedades generales:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
Es fácil de trabajar y moldear
Bajo costo de producción
Es impermeable
Buen aislante eléctrico
Aceptable aislante acústico
Buen aislante térmico
Resistente a la corrosión y a los agentes químicos
No es biodegradable
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2 EL PRODUCTO
Nuestro producto es el caño corrugado, comúnmente visto de color
anaranjado. Va a ser fabricado en 4 medidas y 2 variantes las cuales STD (Standard)
y REF (Reforzado) cuyas características comerciales serán las siguientes:
Metros por Peso Rollo
Rollo
STD (kg)
Medida
Peso Rollo
REF (kg)
5/8 ”
15,88mm
25
0,65
0,80
3/4 “
19,05mm
25
0,75
0,95
7/8 “
22,23mm
25
1,30
1,60
1“
25,40mm
25
1,60
2,00
Tabla 1: Especificación de los productos
Ilustración 1 : El Producto
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2.1 PROPIEDADES FÍSICAS
El Polietileno de alta densidad presenta un alto grado de cristalinidad, siendo
así un material opaco y de aspecto ceroso: la transmitancia (es una magnitud que
expresa la cantidad de energía que atraviesa un cuerpo en la unidad de tiempo) de
este plástico es de cero a cuarenta por ciento, dependiendo del espesor.
Existen pruebas de permeabilidad a gases del Polietileno de alta densidad,
donde depende del espesor de la muestra, de la densidad, y de la temperatura durante
la medición. En el Polietileno de alta densidad a mayor densidad, menor
permeabilidad, debido a su naturaleza no-polar, absorbe muy poca humedad y tiene
alta cualidad de barrera a vapor de esta sustancia
2.2 PROPIEDADES QUÍMICAS
El Polietileno de alta densidad tiene elevada permeabilidad a ciertas sustancias
en que es soluble a elevadas temperaturas, como son los solventes alifáticos,
aromáticos y clorados. También presenta cierta permeabilidad a los aceites y grasas.
El ataque supone ablandamiento, hinchamiento, llegando a su disolución final.
Los polímeros cristalinos presentan mayor resistencia a estos compuestos que los
materiales amorfos de la misma composición química, como consecuencia del
empaquetamiento entre cadenas que dificulta la penetración del disolvente u otros
reactivos. La estructura no-polar del Polietileno de alta densidad permite que
mantenga alta resistencia al ataque de agentes químicos. En general, esta resistencia
mejora con el aumento de la densidad y el peso molecular.
La forma de medir este comportamiento es considerando ciertos cambios en
las muestras al contacto con la sustancia en prueba; estos cambios son hinchamiento,
pérdida de peso o de elongación a la ruptura. Este plástico soporta muy bien a ácidos
fuertes (no oxidantes) y bases fuertes. En niveles superiores a 60 °C, el material
resiste muchos solventes, excepto hidrocarburos aromáticos y halogenados, aceites,
grasas y ceras que inducen hinchamiento, mismo que es menor con los solventes
alifáticos. El Polietileno de alta densidad es parcial o totalmente soluble en ciertos
casos extremos, por ejemplo en benceno o xileno a punto de ebullición. Los halógenos
y las sustancias altamente oxidantes atacan a este plástico, por ejemplo ácidos
inorgánicos concentrados como ácido nítrico, sulfúrico, perclórico, etc. El cambio en
las cualidades de ese plástico debido a los compuestos referidos y en general, a
cualquier sustancia depende de varios factores: concentración, tiempo de exposición,
peso molecular, tensiones residuales de la transformación o inducidas
mecánicamente, principalmente.
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2.3 PROPIEDADES MECÁNICAS
Las propiedades mecánicas de un material se refieren a su capacidad para
soportar fuerzas, el modo como se deforman y ceden ante dichas fuerzas. Así las
propiedades mecánicas del Polietileno de alta densidad dependen básicamente de su
estructura, que comprende lo que es la distribución del peso molecular, el peso
molecular y la cristalinidad. Pero también depende de factores externos como lo son la
temperatura, entorno químico y el tiempo.
Entendido este último como medida de la rapidez con que se aplican fuerzas,
así como de la duración de éstas. La rigidez, dureza y resistencia a la tensión del
Polietileno de alta densidad se incrementa con la densidad. Ya que si esta aumenta es
un indicador de que el material es más cristalino, y por lo tanto será más resistente
ante la misma magnitud de fuerza aplicada que un espécimen de menor densidad. Así
también al aumentar el peso molecular hasta cierto “punto” las propiedades mecánicas
mejoran. Pesos moleculares inferiores a dicho punto suelen no ser tan útiles.
Rebasado este punto, la resistencia mecánica suele seguir mejorando, pero ya más
gradualmente, a media que aumenta el peso molecular. Debido a ello se supone que
lo mejor es aumentar el peso molecular para mejorar las propiedades mecánicas, sin
embargo el proceso de fabricación se hace a partir del polímero fundido, y la
viscosidad del fundido crece exponencialmente con el peso molecular, por lo que,
pesos moleculares muy elevados requieren mayores esfuerzos y más alto consumo de
energía en la fabricación de piezas. Por lo tanto se debe de llegar a un punto de
equilibrio entre la factibilidad en el proceso y la resistencia que se desea del material.
Dicho punto de equilibrio se obtiene industrialmente ya que es bastante flexible. Como
ejemplo se puede mencionar el Polietileno de ultra alta masa molecular, que tiene el
peso molecular más alto alcanzable, pero su costo también es elevado. El Polietileno
de alta densidad es muy tenaz, de esta manera demuestra alta resistencia a los
impactos aun a bajas temperaturas, pues es capaz de absorber parte de la energía
proveniente de los impactos mediante deformaciones. Esto lo logra gracias a las zonas
amorfas del polímero ya que dichas deformaciones se traducen en cambio de
conformación del material.
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A continuación se detalla las propiedades mecánicas más importantes del
Polietileno de alta densidad junto con sus valores nominales o de referencia.
Propiedad
Especificación
Designación
ASTM
Clasificación
ASTM D-1248
Unidad
Valor Nominal
-
PE 3408
III C 5 P34
3
Densidad
ASTM D-1505
gm/cm
Índice de derretido
ASTM D-1238
gm/10 min.
0,955
0,110
Modulo Flexor
ASTM D-790
Psi
135,000
Tensión de rotura
ASTM D-638
Psi
3,200
Estabilizador U-V
ASTM D-1603
%C
2,500
Dureza
ASTM D-2240
Shore “D”
65,000
Elongación a rotura
ASTM D-638
% min
750,000
Módulo de Elasticidad
ASTM D-638
Psi
130,000
Tabla 2: Lista de propiedades principales del PEAD
2.4 COMPORTAMIENTO CON LA LLAMA
La principal desventaja del Polietileno de alta densidad frente al PVC
(Polivinilcloruro) es su comportamiento ante un frente de llama. El PVC es ignifugo
mientras que el polietileno propaga la llama, esta es la razón principal de porque el uso
de cañerías para aplicaciones eléctricas de baja y media tensión se encuentra
restringido a cañerías de PVC. Sin embargo recientemente se encuentra en estudio
otros fenómenos adversos del PVC, como es el hecho de que al entrar en combustión
libera una serie de gases derivados del cloro que son tóxicos para las personas. Por lo
tanto surge la necesidad de evaluar la aplicación de distintos retardantes de llama,
aditivos que mejoran esta propiedad en el material.
2.4.1 RETARDANTES DE LLAMA
Los retardantes de llama son aditivos que aumentan la resistencia a la ignición
del plástico, y una vez encendido reducen el ritmo de propagación de la llama. En
términos prácticos, los plásticos retardantes de llama tienen una mayor resistencia a la
ignición en presencia de una llama, necesitan más tiempo para quemarse, generan
menos humo y generarán menos calor en comparación con el plástico no modificado.
Sin embargo, debe señalarse que un plástico combustible no se convierte en no
combustible por la adición de un aditivo retardante de llama. Todo lo que la adición de
un retardante de la llama va a hacer es permitir tiempo para reaccionar a o contener
un fuego hasta que se pueda extinguir.
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Para explicar esto más adelante, primero tenemos que entender los requisitos
para que el fuego se desarrolle. El fuego necesita tres elementos básicos:
combustible, aire y calor. Conforme un fuego se afianza, el calor puede ser generado
muy rápidamente, lo que a su vez aumenta la intensidad del fuego. Sin la adición de
aditivos retardantes de llama, el fuego puede desarrollarse dentro de unos minutos.
Con los aditivos adecuados, y dependiendo del tipo de plástico, este tiempo puede
extenderse significativamente.
2.4.2 TIPOS DE RETARDANTES DE LLAMA PARA PLÁSTICOS
Hay varias categorías principales de sistemas retardantes de llama que se
utilizan para los plásticos. Estos son:
Los halógenos
El fósforo (rojo y blanco)
Hidratos Metálicos
Cianurato de melamina
2.4.2.1
Los halógenos
Estos se basan principalmente en bromo y cloro, pero necesitan ser usados en
conjunción con un agente sinérgico tal como el trióxido de antimonio. Estos tipos de
retardadores de llama actúan en la fase de gas / vapor mediante la generación de
grandes cantidades de radicales libres de halógenos que reaccionan con los gases
inflamables para eliminar el combustible del sistema de fuego. Los halógenos son muy
eficientes, rentables y generalmente tienen poco efecto sobre las propiedades físicas.
Sin embargo, una de las principales preocupaciones que rodean a los sistemas
halogenados es que son altamente tóxicos, especialmente el humo producido.
También son naturalmente de color marrón claro por lo que limitará la producción de
piezas en tonos más claros. Los sistemas halogenados se utilizan comúnmente para
poliolefinas, poliamidas, poliestirenos, poliésteres y policarbonatos.
2.4.2.2
Fósforos
Estos sistemas funcionan en la fase condensada. Cuando estos sistemas se
exponen al calor, se forma una capa de carbón en la superficie del polímero, que crea
una barrera tanto combustible cortando el suministro de gas inflamable y también aísla
el polímero por el calor. El fósforo rojo es muy eficaz como un retardante de llama
incluso a niveles bajos, por lo que se utiliza a menudo para componentes que
requieren resistencia máxima. Sin embargo, tiene algunos problemas en ambientes de
alta humedad, ya que reacciona fácilmente con la humedad y los óxidos producidos
fácilmente pueden corroer el cobre.
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Debido a esta razón, es la opción menos preferida para el sector eléctrico. El
color natural de estos sistemas es rojo ladrillo por lo que su uso está limitado en gran
medida a los componentes de color negro.
El fósforo blanco funciona de la misma manera y tiene las mismas prestaciones
que el fósforo rojo, pero tiene la ventaja añadida de que no es tóxico y el color natural
es blanco por lo que es fácilmente coloreado. Los sistemas de fósforo se utilizan
comúnmente para poliolefinas, poliamidas, PPO, poliésteres y policarbonatos.
2.4.2.3
Hidratos Metálicos
El ejemplo más común de este tipo de sistema es el hidróxido de magnesio. Su
modo de acción es la liberación endotérmico de agua. Esto enfría el polímero y
también diluye los gases inflamables. También el óxido metálico formado en la
combustión crea una barrera superficie reflectante que aísla el polímero y bloquea la
liberación de gases inflamables. En cuanto a la toxicidad y la generación de humo, el
hidróxido de magnesio sigue siendo el mejor sistema en el mercado y es fácilmente
coloreado. Sin embargo, tiene que ser añadido a alto porcentaje lo que lleva a un
aumento en la densidad y una disminución de la resistencia a la tracción. Los hidratos
metálicos se usan comúnmente para poliolefinas y poliamidas.
2.4.2.4
Cianurato de melamina
Estos sistemas se descomponen endotérmicamente absorber la energía
térmica a saber, actos como un disipador de calor. También se puede utilizar
sinérgicamente con los sistemas de retardantes de llama de fósforo. El cianurato de
melamina es relativamente barato y fácilmente combinado pero reduce la resistencia
del material y se decolora fácilmente durante el procesamiento, particularmente con
materiales de alta temperatura. Se utiliza comúnmente para las poliamidas. Hay una
tendencia creciente en el mercado para avanzar hacia sistemas libres de halógenos,
debido a su menor toxicidad y menor generación de humo, pero todos los sistemas
anteriores están todavía en uso
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3 ANÁLISIS COMERCIAL
3.1 MERCADO ACTUAL Y APLICACIONES
El caño corrugado posee gran aplicación hoy en diversas industrias. El mismo
se comercializa por rollos, cuyas longitudes más comunes son de 25 y 50 metros. Si
bien las líneas de producto de mayor salida comercial son las que oscilan entre los 5/8
y 1 pulgada, también se los puede encontrar en 2 y hasta 4 pulgadas. Dentro de las
bondades del producto se encuentran:
I.
II.
III.
IV.
Flexibilidad: Su instalación es mucho más sencilla que en otro tipo
de cañerías rígidas. El producto se adapta correctamente a la forma
deseada.
Limpieza: El producto no precisa de uniones, codos, ni cementos o
pegamentos especiales.
Facilidad de manejo: La manipulación del producto es mucho más
sencilla que en las cañerías rígidas, como así lo es también
transportarlos.
Costo: Se destaca su bajo costo en relación a otros productos que
ofrecen similares propiedades como, resistencia al aplastamiento,
resistencia a la humedad y resistencia a agentes químicos.
4
Para lograr la pigmentación deseada del producto se utiliza un Masterbatch .
Cuyas concentraciones variarán en función de la calidad, composición y color de la
materia prima obtenida.
Si bien las aplicaciones del producto tienen una gran amplitud, se puede
destacar las siguientes áreas:
I.
II.
III.
Construcción e Instalaciones: su uso para instalaciones de muy baja
tensión, ya sean de comunicaciones, audio, electrónica, redes, etc.
También se lo utiliza en instalaciones eléctricas de baja tensión
domiciliaria, aunque cabe destacar de que este producto no se
encuentra habilitado para este uso, debido a que el mismo no
5
cumple con la propiedad de ser Autoextinguible .
Automotriz: se lo puede encontrar como cañerías en los circuitos de
alimentación de automóviles como los sistemas de tablero eléctrico,
luces, audio, alarmas.
Naval: Debido a los bajos voltajes usados en embarcaciones se lo
usa en las instalaciones eléctricas de las embarcaciones.
4
Sistema de coloración y aditivación de polímeros mediante la dosificación de un
concentrado de colorantes, pigmentos y/o aditivos dispersados en la matriz polimérica.
5
Autoextinguible: denominación del material o producto que no mantiene la
combustión cuando se retira la fuente de ignición
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IV.
Desagües: Se utilizan cañerías corrugadas de PEAD para resolver
obras con conductos cloacales, pluviales, industriales, drenajes o
bien cualquier conducción gravitacional. Esta línea será desarrollada
junto con la eléctrica en mayor medida a lo largo del trabajo, ya que
representan el mayor volumen de mercado a abarcar.
3.2 ANÁLISIS DE MERCADO
3.2.1 INTRODUCCIÓN
Se estudia el mercado potencial para estas aplicaciones a través del análisis
de la evolución del sector de la construcción. Ya que lo diversos indicadores de la
actividad de este sector sirven de parámetro para la proyección y tendencias de las
posibles ventas del producto.
3.2.2
INDICADORES DEL MERCADO
Un indicador a tener en cuenta son los permisos de edificación privada que
constituyen un importante indicador de las intenciones de construcción por parte de los
particulares, anticipando la futura actividad de la construcción y la oferta real de
unidades inmobiliarias.
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Año
Periodo
Enero
2013
Variación respecto
mes anterior(%)
Variación respecto
año anterior(%)
Febrero
Marzo
490.537
523.916
658.983
-38,4
6,8
25,8
-54,7
-8,0
-9,5
Abril
659.442
0,1
9,4
Mayo
Octubre
Noviembre
724.466
609.524
690.810
680.645
633.093
758.221
736.269
9,9
-15,9
13,3
-1,5
-7,0
19,8
-2,9
4,6
-15,4
-2,7
-21,0
-10,5
-12,7
14,0
Diciembre
711.934
-3,3
-10,5
Enero
Agosto
Septiembre
575.339
500.332
648.959
639.812
761.446
700.034
741.643
624.818
833.786
-19,2
-13,0
29,7
-1,4
19,0
-8,1
5,9
-15,8
33,4
17,0
-4,9
2,8
-2,9
5,2
14,4
7,4
-8,4
31,6
Octubre
714.703
-14,3
-5,7
Noviembre
676.734
-5,3
-8,1
Diciembre
669.640
-1,0
-5,9
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
2014
Superficie
Cubierta en M2
Junio
Julio
Promedio
465.648
Tabla 3: Permisos de Edificación
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Se utiliza para la determinación de la demanda, las siguientes relaciones, en
base a los datos de la tabla anterior:
Estimación de Mercado en Kilogramos
Const.
Std
m2
100
Red
Electricidad
m
m
100
Total aprox.
(kg)
200
Riego
Desagüe
m
10
Rollos/m2
Peso
Prom.
kg/rollo
Construcción
Mensual
m2
0,124
1,03
465.648
Total
M
310
kg
kg
59.470
60.000
Tabla 4: Estimaciones de Mercado
Uno de los principales indicadores utilizados por el INDEC (Instituto Nacional
de Estadísticas y Censos) para medir la actividad de la construcción en la Argentina es
el ISAC (Indicador Sintético de la Actividad de la Construcción). Este indicador nos
permite realizar una primera aproximación al comportamiento de las ventas
relacionadas con los insumos de la construcción.
El Indicador Sintético de la Actividad de la Construcción (ISAC) muestra la
evolución del sector tomando como referencia la demanda de insumos requeridos en
la construcción. El ISAC está compuesto por el análisis agregado de cinco tipologías
de obra que permiten lograr una adecuada cobertura de la actividad de la
construcción. En cada uno de los cinco bloques se agrupan aquellas obras que tienen
similares requerimientos técnicos: edificios para vivienda, edificios para otros destinos,
obras viales, construcciones petroleras y otras obras de infraestructura. A cada bloque
se lo puede identificar con una función de producción que relaciona los requerimientos
de insumos con el producto de la obra. Por lo tanto, el movimiento de cada bloque está
dado por la demanda del grupo de insumos característicos de ese tipo de obra.
El listado de insumos se compone de: artículos sanitarios de cerámica, asfalto,
caños de acero sin costura, cemento Portland, hierro redondo para hormigón, ladrillos
huecos, pisos y revestimientos cerámicos, pinturas para la construcción, placas de
yeso y vidrio plano. Los datos utilizados en el cálculo del ISAC provienen de un
conjunto de informantes que pertenecen, en su mayor parte, a empresas
manufactureras líderes seleccionadas sobre la base de una investigación de
relaciones intersectoriales. La agregación de los bloques se hace en base al Valor
Bruto de Producción de cada uno de ellos en el año base 2004. En función de todo
esto y del cuadro de relaciones antes mostrado, se obtiene un histórico de la
demanda.
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Año y
trimestre
Periodo
1
2
3
4
5
6
7
8
2010
2011
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
2012
2013
2014
Índice Base
(2004 =100)
Variación
respecto a igual
trimestre del año
anterior
(%)
Demanda
Trimestral
base (Kg)
180.000
Factor
Demanda (kg)
1º
163,6
7,8
1,078
194.040
2º
3º
4º
166,7
165,4
176,2
180,0
185,2
182,1
184,0
1,9
-0,8
6,5
2,1
2,9
-1,7
1,0
1,019
0,992
1,065
1,021
1,029
0,983
1,010
183.420
178.560
191.700
198.115
188.739
175.524
193.617
1º
183,7
-0,2
0,998
197.719
2º
1º
2º
176,1
172,9
175,1
185,6
186,8
184,7
183,2
180,5
183,7
-4,1
-1,8
1,3
6,0
0,6
-1,1
-0,8
-1,5
1,8
0,959
0,982
1,013
1,060
1,006
0,989
0,992
0,985
1,018
181.001
172.365
196.134
209.582
182.087
170.469
194.565
206.438
185.364
3º
185,7
1,1
1,011
172.344
4º
187,0
0,7
1,007
195.927
Promedio
188.386
3º
4º
1º
2º
3º
4º
1º
2º
3º
4º
Tabla 5: Demanda Histórica
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Demanda
250.000
200.000
Kg
150.000
100.000
Demanda
50.000
0
5
10
15
20
25
Trimestres
Gráfico 1: Variabilidad de la demanda
A partir del análisis de los datos obtenidos se desprende que la tendencia base
del ISAC tiene un comportamiento estacional.
Trimestre Demanda Promedio Índice
1
201.179
1,07
2
3
184.122
173.853
0,98
0,92
4
194.389
1,03
Tabla 6: Índices de estacionalidad
Se realiza un pronóstico de la demanda en función de todos los datos
obtenidos anteriormente. Para esto se utiliza un modelo de regresión lineal con
aplicación de índices de estacionalidad, y con su respectivo análisis de bondad.
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Periodo
Año y
trimestre
Pronóstico
21
22
1
2
188.028
188.065
3
24
4
25
26
1
2
Consumo
estimado
(kg)
Error
Abs
200.796
183.809
-6.756
-389
6.756
389
188.103
173.592
4.968
1
2
188.141
188.178
188.216
188.254
188.291
188.329
188.367
194.136
200.957
183.957
173.731
194.291
201.118
184.104
3
188.404
32
4
33
34
1
2
188.442
188.480
188.517
188.555
188.593
188.630
188.668
188.706
188.743
23
27
28
29
30
31
35
36
37
38
39
40
2016
2017
2018
2019
2020
3
4
3
4
1
2
3
4
Promedio
Suma
de Abs
MAD
RSFE
TS
6.756
7.146
6.756
3.573
-6.756
-7.146
-1,00
-2,00
4.968
12.114
4.038
-2.177
-0,54
-2.436
-2.842
4.783
1.794
-674
-3.400
-3.103
2.436
2.842
4.783
1.794
674
3.400
3.103
14.550
17.392
22.175
23.968
24.643
28.043
31.146
3.637
3.478
3.696
3.424
3.080
3.116
3.115
-4.613
-7.456
-2.673
-879
-1.554
-4.953
-8.056
-1,27
-2,14
-0,72
-0,26
-0,50
-1,59
-2,59
173.870
-1.505
1.505
32.650
2.968
-9.561
-3,22
194.447
201.279
184.251
174.009
194.602
201.440
184.398
174.148
194.758
188.385
1.687
8.302
-2.164
-3.540
-37
4.998
966
-1.804
1.169
1.687
8.302
2.164
3.540
37
4.998
966
1.804
1.169
34.338
42.640
44.804
48.344
48.382
53.380
54.346
56.149
57.318
2.861
3.280
3.200
3.223
3.024
3.140
3.019
2.955
2.866
-7.874
428
-1.736
-5.276
-5.314
-316
650
-1.154
15
-2,75
0,13
-0,54
-1,64
-1,76
-0,10
0,22
-0,39
0,01
Tabla 7: Pronósticos de Demanda
Otro indicador muy importante a tener en cuenta es la encuesta cualitativa de
la construcción. La cual capta información de un conjunto de aproximadamente cien
grandes empresas constructoras de todo el país. Su objetivo básico es la evaluación
de la situación y las expectativas económicas de corto plazo que sirva de
complemento a otros indicadores de la construcción. De dicho indicador se desprende
el siguiente informe.
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Aumenta
18,2%
No cambiara
59,1%
Disminuira
22,7%
Gráfico 2: Estimación empresas publicas
Aumenta
28,9%
No cambiara
47,4%
Disminuira
23,7%
Gráfico 3: Estimación empresas privadas
La encuesta cualitativa corresponde en cierta medida con la respuesta
brindada por el modelo de pronóstico.
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3.2.3 ESCALA DE PROYECTO EN BASE A NUESTROS PRONÓSTICOS
Del análisis de mercado actual, estructura de competidores, cantidad y
distribución de clientes y disponibilidad de materia prima. Se ha decidido desarrollar
una estructura productiva capaz de abastecer a un tercio de la demanda antes
desarrollada. Obteniéndose el siguiente pronóstico de ventas trimestral para los
próximos 5 años (2016-2020).
Periodo
Pronostico de
Año y trimestre Ventas (kg)
2016
2017
2018
2019
2020
Promedio
1
2
66.932
61.270
3
57.864
4
64.712
1
2
66.986
61.319
3
4
57.910
64.764
1
2
67.039
61.368
3
57.957
4
64.816
1
2
67.093
61.417
3
4
58.003
64.867
1
2
67.147
61.466
3
4
58.049
64.919
62.795
Tabla 8: Pronósticos comerciales
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3.3 ANÁLISIS DE LA PRODUCCIÓN
Para obtener un estimativo aproximado de los regímenes de producción de la
empresa es que se realizó un modelo de programación lineal y análisis marginal de
costos, el cual responde cual es la combinación ideal de cantidad de medidas a
fabricar en función de las siguientes restricciones impuestas:
a. Disponibilidad mensual de 20,000 Kg de PEAD de Materia Prima
b. 5 Máquinas, 2 de las cuales se encuentran dedicadas exclusivamente a
la fabricación de las medidas ¾ Standard y ¾ Reforzado de forma
equitativa
c. Disponibilidad mensual de 160 horas por máquina
d. Capacidad de absorción de mercado por línea adjunta en tabla 10
e. Producción mínima mensual de 100 Kg de material por línea
f. Utilidad por producto, ver tabla 10
g. Peso por producto, ver tabla 10
De la aplicación del modelo de programación lineal, se obtuvieron las
cantidades en Kg a producir para cada una de las medidas. Información expuesta en
la tabla 9.
Para ver la formulación del modelo de programación lineal y la tirada del
programa LINDO sobre este, ver el apartado 8.10 Resultados de modelo de
Programación Lineal.
Producción Mensual
Tipo
Modelo
Std
5/8"
3/4"
7/8"
1"
Ref
5/8"
3/4"
7/8"
1"
Cantidad
(kg)
260
8320
3900
520
140
4480
2100
280
Porcentaje
de fab. (%)
1,30
41,60
19,50
2,60
0,70
22,40
10,50
1,40
Cantidad
de
rollos
400
11093
3000
325
175
4716
1313
140
Costo
($/kg)
Utilidad
por
Rollo($)
Total Utilidad ($/kg)
18,933
18,850
18,725
19,007
18,760
18,907
18,614
18,940
$ 16,16
Total Venta ($/kg)
$ 34,98
Total Costo ($/kg)
$ 18,82
12,89
12,86
17,06
35,59
11,39
18,04
15,22
40,12
Producción
Valorizada
($)
5.157
142.690
51.172
11.566
1.994
85.067
19.974
5.617
Tabla 9: Cantidades a Producir según PL
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Productos
Mercado
(%)
Tipo
Peso (kg)
2
64
30
4
2
64
30
4
5/8"
3/4"
7/8"
1"
5/8"
3/4"
7/8"
1"
0,650
0,750
1,300
1,600
0,800
0,950
1,600
2,000
Std
65
Ref
35
Precio
Venta ($)
25,200
27,000
41,400
66,000
26,400
36,000
45,000
78,000
Costo
($)
12,306
14,137
24,343
30,412
15,008
17,961
29,782
37,880
Utilidad
por
Rollo ($)
12,894
12,863
17,057
35,588
11,392
18,039
15,218
40,121
Utilidad Por
hora de
Maquina ($/hs)
969,23
900,00
796,15
1.031,25
825,00
947,37
703,13
975,00
%
51,2
47,6
41,2
53,9
43,2
50,1
33,8
51,4
Tabla 10: Costos y Utilidades
El desglose de costos necesario para el cálculo de las utilidades y costos será
mostrado en el apartado 5 Análisis Económico.
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4 ANÁLISIS Y DESARROLLO DEL ÁREA TÉCNICOPRODUCTIVA
4.1 ESTUDIO DEL PROCESO PRODUCTIVO
Inicialmente, el proceso de reciclado se basa en el aprovechamiento de las
propiedades de termofluencia del material, logrando así la transformación de los
residuos plásticos de Polietileno de Alta Densidad, provenientes principalmente de
bidones agroquímicos, uso industrial, etc. En nuestro producto final.
El proceso se puede agrupar en 7 etapas principales, cada una con sus
respectivas operaciones.
Etapa 1:Recepción y
acopio del material
•Se recibe los fardos de bidones compactados y se acomodan
en la zona de almacen de materia prima.
Etapa 2: Selección y
Molienda
•Se muelen los bidones por color, generando asi lotes
homogéneos para su posterior pigmentación.
La molienda consiste en 2 molinos en serie, uno con malla
grande y otro pequeña conectados por una turbina, para
evitar que el plástico se sobrecaliente
Etapa 3: Limpieza y
Deposito
•Luego, el plástico pasa por la zaranda para separar los restos
de suciedad y pasan a la zona de producción.
Etapa 4:Extrusión y
filtrado
•Se agrega el masterbach y aditivos. Se alimenta a la
extrusora con esa mezcla, la cual, en el cabeza tiene un
sistema de cambia filtro automático y contiínuo para que
obtener un caudal constante de material filtrado.
Etapa 5:
Corrugación
•El material ya fundido y filtrado pasa a la corrugadora, donde
mediante inyección de aire comprimido y una serie de moldes
se le da su forma característica de serrucho
Etapa 6:Corte y
Empaquetado
•Mediante un dispositivo electrónico-mecánico se mide los
25mts que debe tener el rollo y se activa una guillotina
neumática para cortar el caño que luego es enrrollado
manualmente.
Etapa
7:Almacenamiento y
Distribución
•Por último se depositan los bolsones de rollos para su stock o
preparación de pedido segun corresponda, hasta el momento
de su despacho.
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4.2 MAQUINARIA NECESARIA
4.2.1 MOLINO
Esta máquina es la encargada de triturar el bidón, el cual puede estar
previamente compactado, transformándolos en pequeños fragmentos para luego
almacenarlos en un silo o deposito transitorio.
Ilustración 2: Esquema del Molino
Se ingresan manualmente, o bien mediante una cinta transportadora
según la escala, los bidones compactados a la boca del molino, siempre teniendo en
cuenta la capacidad de molienda de la máquina. Un equipo de mayores prestaciones
permitirá el ingreso de varios bidones compactados de forma simultánea o bien con
una mayor frecuencia.
Los factores relevantes de diseño para este equipo son, por un lado el diseño
de las cuchillas a utilizar. En estas se debe evaluar tanto el material a utilizar para la
fabricación de las mismas (Aceros duros con dureza de temple mayor a 55 HR) como
así también la geometría es decir el ángulo de corte, el cual se encuentra directamente
relacionado con la duración del filo.
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Otro factor importante a considerar es la distribución de las cuchillas en el
rotor, teniendo modelos con una única cuchilla larga que abarque todo el habitáculo de
corte o bien varias cuchillas distribuidas escalonadas (utilizadas cuando el
procedimiento lo requiera o bien cuando una única cuchilla sería demasiado larga).
Esta última alternativa suele ser la más recomendada ya que facilita el mantenimiento
(el tema se ampliara oportunamente en la sección de mantenimiento y equipos
secundarios).
Ilustración 3: Tipos de Rotores
La capacidad de producción del molino a su vez dependerá del diámetro de los
orificios que posee la malla colocada en el fondo del mismo. Ya que a menor diámetro
el molino entregará material en partículas más pequeñas, pero requerirá de mayor
tiempo de permanencia así como también una mayor cantidad de cortes. Lo cual trae
problemas ya que existe la posibilidad de que el material entre en un estado de
fundición parcial lo cual genera inconvenientes en el transito del material.
Para facilitar la circulación del material ya molido al silo se aplica una pequeña
turbina, la cual succiona el material desde el fondo del molino y lo deposita en el silo
transitorio.
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4.2.2 ZARANDA
Este equipo se utiliza para remover aquellas partículas de suciedad adheridas
a la superficie del material ya molido. El principio básico de funcionamiento del equipo
es por vibración, las partículas son depositadas sobre una platea que posee una malla.
Esta malla es colocada sobre una cama de resortes entrará en resonancia mediante la
aplicación de un equipo vibratorio, el cual generalmente está compuesto de un motor
en cuyo eje se encuentra una polea excéntrica o bien una polea con una distribución
no uniforme de masa. El material fino desprendido será recolectado por la parte
inferior del equipo, e irá a parar a los depósitos de recolección designados.
Ilustración 4: Zaranda
Un factor importante a considerar en la instalación de este equipo será la
pendiente de la platea, la cual a mayor pendiente disminuirá el tiempo de permanencia
del material en el equipo disminuyendo la capacidad de limpieza del equipo. En razón
de esto es que se suelen colocar trabas sobre la malla que retienen el material.
El dimensionamiento del equipo dependerá fundamentalmente del caudal de
material a procesar como así también del tamaño del material procesado.
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4.2.3 EXTRUSORA
En una definición amplia el proceso de extrusión hace referencia a cualquier
operación de transformación en la que un material fundido es forzado a atravesar una
boquilla para producir un artículo de sección transversal constante y, en principio,
longitud indefinida.
Además de los plásticos, muchos otros materiales se procesan mediante
extrusión, como los metales, cerámicas o alimentos, obteniéndose productos muy
variados como son marcos de ventanas de aluminio o PVC, tuberías, pastas
alimenticias, etc. Desde el punto de vista de los plásticos, la extrusión es claramente
uno de los procesos más importantes de transformación.
El proceso de extrusión de plásticos se lleva a cabo en máquinas denominadas
extrusoras. Aunque existen extrusoras de diversos tipos, las más utilizadas son las de
tornillo o de husillo simple.
Si bien en algunas ocasiones el polímero se puede alimentar en estado
fundido, procedente de un reactor. En este caso la extrusora actúa como una bomba,
proporcionando la presión necesaria para hacer pasar al polímero a través de la
boquilla, en líneas generales el polímero se alimenta en forma sólida y sale de la
extrusora en estado fundido.
Para el caso más general de la extrusión de un polímero se pueden realizar
seis funciones principales:
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
Transporte del material sólido hacia la zona de fusión
Fusión o plastificación del material
Transporte o bombeo y presurización del fundido
Mezclado
Desgasificado
Conformado
Debe tenerse en cuenta que no todas las funciones anteriores tienen lugar
necesariamente durante la operación de todas y cada una de las extrusoras. Por
ejemplo, el Desgasificado o venteo únicamente se produce en las máquinas
preparadas para ello. Por otra parte, el conformado no tiene por qué ser definitivo; en
muchas ocasiones el producto obtenido adquiere su forma final en un proceso
secundario puesto que las extrusoras se emplean con frecuencia para mezclar los
componentes de formulaciones que se procesarán posteriormente mediante otras
técnicas o bien para obtener preformas que serán procesadas mediante soplado o
termoconformado. Siendo este último, nuestro caso de estudio.
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Debido a la simplicidad en su diseño, el componente esencial de la extrusora
es su conjunto de camisa y tornillo (o llamado también husillo).
Ilustración 5: Esquema de una Extrusora
4.2.4 CAMISA Y TORNILLO
El tornillo o husillo consiste en un cilindro largo rodeado por un filete helicoidal
(Ilustración 2). El tornillo es una de las partes más importantes ya que contribuye a
realizar las funciones de transportar, calentar, fundir y mezclar el material. La
estabilidad del proceso y la calidad del producto que se obtiene dependen en gran
medida del diseño del tornillo. Los parámetros de más importancia en el diseño del
tornillo son su longitud (L), diámetro (D), el ángulo del filete (ᶿ) y el paso de rosca
𝐿
(w).En la maquinas a usar PEAD, la constante oscila entre 25 y 30.
𝐷
Ilustración 6: Tornillo de Extrusora
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Los materiales termoplásticos que se usan en el proceso de extrusión difieren
notablemente entre sí. La elasticidad, calor específico, coeficiente de fricción,
temperatura de fusión, viscosidad del fundido, etc., cubren un amplio rango de valores,
y puesto que todas estas propiedades tienen su importancia en el momento de diseñar
el tornillo, es lógico que sea necesario utilizar diferentes tipos de tornillos para trabajar
adecuadamente cada material.
En la práctica es muy raro que un tornillo determinado sea adecuado para
trabajar con materiales muy diversos; de hecho, cada tornillo se diseña o elige para
trabajar con una determinada combinación boquilla/material.
Si bien nosotros trabajaremos con PEAD o HDPE por sus siglas en inglés,
(High densitypolyethylene), para dar un ejemplo de esa diversidad de propiedades se
hace una comparación con otros polímeros en la siguiente gráfica para que quede en
evidencia la importancia de una selección apropiada del conjunto camisa-tornillo.
Calor específico (kJ/kg°C)
Calor Procesado (KJ/Kg)
3
2,5
900
2,3
720
2
750
1,93
550
1,5
570
1,47
1,34
600
1,47
1,67
450
1
1
300
300
300
240
0,5
150
160
0
0
HDPE
PP
PS
PVC
PMMA
ABS
Nailon 6,6
Gráfico 4: Propiedades de distintos polímeros
Teniendo en cuenta además que los polímeros fundidos o en disolución son
6
materiales compresibles y no Newtonianos , hay que tener especial cuidado en las
ecuaciones a utilizar.
6 Un fluido no newtoniano es aquel fluido cuya viscosidad varía con la
temperatura y la tensión cortante que se le aplica.
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Todas las extrusoras se consideran divididas en tres zonas específicas en
donde hay una variación de la presión a lo largo de la extrusora. La zona de
Alimentación es la más cercana a la tolva, en la cual la profundidad del canal del
tornillo es máxima. Tiene como objetivo principal compactar el alimento en una forma
sólida densa y transportarlo hacia la siguiente zona a una velocidad adecuada. La
zona de transición o compresión es la zona intermedia en la cual la profundidad del
canal disminuye de modo más o menos gradual.
Conforme el material sólido va compactándose en esta zona el aire que
pudiera quedar atrapado escapa del material vía la tolva de alimentación. En la zona
de transición, además, tiene lugar la fusión del material. La zona de dosificado se sitúa
al final, en la parte más cercana a la boquilla y tiene una profundidad de canal muy
pequeña y constante. En este zona el material fundido es homogeneizado y
presurizado para forzarlo a atravesar a presión la boquilla de conformado. Todo esto
se puede visualizar en la ilustración siguiente.
Ilustración 7: Zonas del Tornillo
A partir de ciertas hipótesis, es posible dar una modelización matemática de las
2 magnitudes de mayor importancia para el estudio del proceso, que son la velocidad
del polímero y el caudal de salida por la boquilla. (Ver Anexo de Cálculos)
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Mientras que químicamente, está normalizado, a los siguientes valores de
concentraciones de agregados en colada en % del peso
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
Carbono (C): 0,38 – 0,43
Manganeso (Mn): 0,75 – 1,00
Silicio (Si): 0,20 – 0,35
Azufre (S): 0,040 máximo
Fósforo (P): 0,035 máximo
Cromo (Cr): 0,80 – 1,10
Molibdeno (Mo): 0,15 –0,25
La combinación precisa de cada uno de etas aleaciones es fundamental debido
a que cada uno le confiere una característica especial al acero. Las distintas variantes
de concentraciones de sus 2 principales aleantes (cromo y Molibdeno) ofrecen las
siguientes propiedades.
Cromo (Cr): El cromo es un elemento de aleación menos costoso que el
níquel y forma carburos simples (𝐶𝑟7 𝐶3 𝑦 𝐶𝑟4 𝐶 ) o carburos complejos
((𝐹𝑒𝐶𝑟)3 𝐶 ). Estos carburos tienen alta dureza y buena resistencia al
deterioro. El cromo es soluble hasta 13% en hierro gamma y tiene
solubilidad ilimitada en ferrita alfa. En los aceros de bajo carbono, el Cr
tiende a entrar en solución incrementando de esta manera, la
resistencia y la tenacidad de la ferrita.
Molibdeno (Mo): El molibdeno es un elemento de aleación relativamente
costoso, tiene una solubilidad limitada en hierros gamma y alfa, y es un
fuerte formador de carburos. Además ejerce un fuerte efecto de
templabilidad y, de manera semejante al cromo, aumenta la dureza y
resistencia a alta temperatura de los aceros. Los aceros con molibdeno
son menos susceptibles al fragilizado debido al revenido, que los demás
aceros aleados.
4.2.5 SISTEMA DE CALEFACCIÓN
Por último es importante el cálculo y el diseño del sistema de transmisión de
calor, el cual consiste en la colocación, a lo largo de la camisa, de resistencias
eléctricas en forma de zuncho donde, es importante aclarar, no está todas conectadas
entre sí, sino que se agrupan por zonas, para facilitar el control de la temperatura en
las distintas partes de la camisa. Usualmente las resistencias se agrupan en 3 zonas a
lo largo de la camisa, coincidiendo con las etapas de tornillo. Y comercialmente se las
puede encontrar en potencias de 250W, 500W, 750W, 1kW, etc. El control de la
temperatura se efectúa mediante controles automáticos con termocuplas. Que una vez
calibradas a la temperatura de referencia para cada zona, porque como ya se dijo no
todas las zonas tienen la misma temperatura, harán o no circular corriente por ellas.
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Ilustración 8: Resistencia
A continuación podemos ver en un gráfico las temperaturas aproximadas de
trabajo a lo largo de las 5 zonas, tomando como referencia a la zona 1 como la más
próxima a la alimentación. Los valores son descriptivos, con un margen de entre 5 y 10
grados de acuerdo a variaciones en el material y a los aditivos que se le puedan o no
agregar. Pero aun así, se ve claramente que la temperatura de régimen normal de
trabajo para este material está en los 200°C, los cuales se avanza progresivamente a
lo largo del recorrido dentro del conjunto camisa y tornillo. De estas 5 temperaturas,
las más crítica o susceptible de generar complicaciones es la última, es decir la zona
5, ya que es la temperatura en el pico. Donde es necesario que el material este lo
suficientemente caliente para que pueda fluir a través de él. Caso contario por las
presiones que se generan. Ahí es donde que generaría una rotura que implicaría un
alto en la producción.
Gráfico 5: Temperaturas por Zonas
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Una vez analizado el gradiente de temperaturas, hace falta calcular la cantidad
y tipo de resistencias a usar. (Ver Anexo de Cálculos)
4.2.6 SISTEMA DE FILTRO
La etapa de filtrado será imprescindible en orden de lograr un material libre de
impurezas, mientras que mantenga su estado de fluencia. Es importante ya que gran
parte de la suciedad no es eliminada mediante la etapa de vibración. Debido a que el
material utilizado como materia prima (bidones de agroquímicos) suele presentar un
alto grado de tierras y suciedades se elige el sistema de cambio de filtros más eficiente
para estas necesidades, el cual es el sistema de cambio de filtro tipo Cassette o cinta.
El cual consiste en una malla de acero que avanza perpendicular al avance del
material generando constantemente un área limpia de contacto que permite la
deposición de las impurezas.
Ilustración 9: Sistema de Filtro
La velocidad de avance del filtro (avance intermitente) se encuentra
estrictamente relacionado con el nivel de suciedad del material, el cual deberá ser
controlado por el operario encargado. Este nivel deberá ser supervisado
constantemente ya que un filtro sucio no permitirá un correcto avance del material.
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4.2.7 CORRUGADORA
El material ingresa al molde a aproximadamente unos 180 °C, al inyectarle aire
a alta presión se obtiene 2 efectos, el primero es hacer que el plástico se adhiera
contra las paredes del par de moldes dándole su forma característica y lo segundo es
bajarle la temperatura, se adicionan a su vez diferentes salidas de una turbina a lo
largo del trayecto del material dentro de la corrugadora, en orden de lograr un mejor y
más uniforme descenso de temperatura del material. El molde puede estar hecho de
distintas variedades de acero porque los metales son resistentes y buenos
conductores térmicos.
Al final de la corrugadora el caño sale tibio, a una temperatura no demasiado
por encima de la del ambiente permitiendo, en caso de que sea deseado, hacer los
rollos a mano o en caso de contar con una enrolladora automática que el mismo no se
deforme.
Ilustración 10: Corrugadora
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Como el caudal que aporta la extrusora es constante, el espesor del caño está
dado por la velocidad de avance de los pares de matrices, una baja velocidad haría
una sección de caño más pesado porque se depositan más gramos de plástico por
milímetro de caño, por lo tanto de mayor espesor, en cambio una alta velocidad
generaría el caso opuesto. Por lo cual la velocidad de avance se calcula en función del
espesor deseado y del diámetro del caño a fabricar.
Un factor a considerar es la cantidad de pares de moldes a utilizar, una mayor
cantidad de moldes nos permitirá una mayor velocidad de avance de los mismos. Esto
se logra debido a que al tener una mayor cantidad de moldes el tiempo de
permanencia en contacto con los moldes será mayor.
4.2.8 SISTEMA DE CORTE
Una vez que se ha alcanzado la longitud deseada del rollo, lo cual es
supervisado mediante un dispositivo de control. Se procede al corte del caño mediante
la activación de una pequeña guillotina neumática. Quedando el caño ya enrollado en
un tambor, listo para su embalaje.
4.3 SELECCIÓN DE MAQUINARIAS Y EQUIPOS
Luego de analizar los requerimientos de cada área y sus respectivos procesos,
estamos en condiciones de poder seleccionar las maquinarias y equipos necesarios.
En la siguiente tabla se enumeraran las principales máquinas y equipos
requeridos para el desarrollo de este proyecto.
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2
Molinos
Voltaje
(V)
380
2
1
Turbinas
Silo
220
-
2
-
6
6
1
Zaranda
220
2
6
2
1
Compresores
Tanque Pulmón
380
-
5
-
7
7
5
Extrusoras y calefacción
380/220
35
8
5
Corrugadora
380/220
10
8
5
Dispositivos de corte
220
1,5
8
5
Dispositivos de enrollado
-
-
8
5
Filtros de malla continua
380
10
8
3
1
2
1
Mezcladoras
Cisterna de agua
bombas centrífugas
Torno
220
220
380
2
2
3
8
7
7
4
1
1
Fresa
Afiladora de cuchillas
380
380
3
2
4
4
Potencia Total
HP
357
Potencia Total
kW
267
Cantidad
Descripción
Potencia
(HP)
20
Area
(m2)
6
Tabla 11: Listado Equipos
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Para un mayor grado de conocimiento, a las máquinas y equipos principales se
le agrego mucho más detalle e información para una performance superior en el
proceso productivo.
Molinos
Zaranda
Aire Comprimido
Arg/China
Arg
Arg
Rotor
Area
Multicuchilla tamiz≈1M2
Boca con
doble
cortina
Producción
≈300Kg/h
Tipo Pistón
Y tanque pulmón de
8000 l
Extrusoras
Arg/China o
ensamble
Producción
≈25Kg/h
-
Baja – Baja
Tornillo
monohusillo
-
caudal≈300Litros/h
L/D ≈30:1
SAE 4140
Corrugadora
Filtro de
M.C.
China
China
Moldes de
Malla:
acero con
50x60cm
tratamiento de
Acero
dureza
Inox.
Refrigeración
Área
por Circulación
filtrado
de aire forzada ≈20cm2
Capacidad
≈30–
50Kg/h
Tabla 12: Equipos Detallados
4.4 DISEÑO DE EQUIPO DE EXTRUSIÓN
Para reducir los costos del proyecto, la extrusora será ensamblada a partir de
sus componentes y de acuerdo a los cálculos realizados en el Anexo 1.
Para lograr un diseño optimo, en cuanto a los costos involucrados y la vida útil
de la máquina, buscaremos una combinación de partes para poder trabajar en régimen
continuo al 75% de su capacidad máxima nominal.
Para llegar al desarrollo apropiado para ese escenario, se realizaron los cálculos
para cada combinación de camisa y tornillo con sus respectivas especificaciones
nominales de mercado. Estos datos, a su vez, fueron comparados con el caudal
ponderado de utilización. Este caudal usado como referencia pondera los caudales de
funcionamiento para cada medida en función de la participación estimada del mercado
para cada medida, dando así un valor mucho más preciso y real que un simple
promedio.
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Diametro Velocidad Angular
𝑟
0,030
178,25
0,035
152,79
0,040
133,69
0,045
118,84
0,050
106,95
0,055
97,23
0,060
89,13
0,065
82,27
0,070
76,39
0,075
71,30
0,080
66,85
Diametro Velocidad Angular
𝑟
0,030
133,69
0,035
114,59
0,040
100,27
0,045
89,13
0,050
80,21
0,055
72,92
0,060
66,85
0,065
61,70
0,070
57,30
0,075
53,48
0,080
50,13
Parametros con factor de uso al 100% de la capacidad maxima
Potencia
Caudal sin Boquilla Caudal con Boquilla
HP
14,53
19,37
18,11
4,11
17,13
22,84
23,79
10,28
19,73
26,31
30,02
16,97
22,33
29,78
36,76
24,13
24,94
33,25
43,96
31,72
27,54
36,72
51,56
39,70
30,14
40,19
59,54
48,04
32,74
43,65
67,87
56,69
35,34
47,12
76,51
65,65
37,94
50,59
85,44
74,87
40,54
54,05
94,64
84,35
Parametros con factor de uso al 75% de la capacidad maxima
Caudal sin Boquilla Caudal con Boquilla
Potencia
HP
8,17
10,89
13,58
-0,42
9,63
12,84
17,84
4,33
11,10
14,79
22,52
9,46
12,56
16,74
27,57
14,94
14,02
18,69
32,97
20,73
15,48
20,64
38,67
26,81
16,95
22,59
44,66
33,15
18,41
24,54
50,90
39,73
19,87
26,49
57,38
46,52
21,33
28,44
64,08
53,51
22,79
30,39
70,98
60,69
Requerimiento
%
-82,98
-57,43
-29,71
-0,04
31,40
64,46
98,98
134,83
171,92
210,13
249,38
Requerimiento
%
-101,73
-82,06
-60,80
-38,11
-14,11
11,06
37,32
64,55
92,69
121,65
151,38
Ilustración 11: Cuadro Comparativo de equipos
Del análisis de estos resultados, podemos ver que con las siguientes
características de diseño:
Motor Principal : 25HP7
Sistema de Calefacción: 15kW
Diámetro camisa : 55mm
El caudal en régimen continuo será de 26,8 Kgs/hs, que es levemente superior
al caudal ponderado de funcionamiento de 24,14 Kgs/hs.
Para los cálculos de resistencias, se trabajó en la región de frontera para
requerimiento máximo, es decir, para el caso de trabajar en el máximo caudal
operativo. Con ese análisis y sin tener en cuenta los efectos de compresión por el
tornillo se llega a la necesidad de una potencia combinada de 15kW. Si bien es algo
mayor la media requerida, eso no genera inconvenientes desde el punto de vista de
consumo ya que estarán controladas por un sistema de termocuplas. Las mismas
cumplirán la función de encenderlas durante el periodo de tiempo mínimo para
alcanzar las temperaturas de trabajo.
7
Si bien según los valores calculados dan como optimo 20HP, elegimos el inmediato
superior por una cuestión de seguridad
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4.5 INSTALACIONES DE SERVICIOS
4.5.1 AIRE COMPRIMIDO
Para el conformado del caño corrugado es necesario contar con una masa de
aire constante a alta presión. Si bien no hay altas exigencias en cuanto a la calidad del
aire, es necesaria que tenga una relativamente baja cantidad de humedad, ya que si el
aire viene muy cargado de humedad, este puede enfriar al plástico y solidificarlo antes
que de que este adquiera la forma característica en sus moldes.
De acuerdo a estas necesidades podemos seleccionar como el compresor
ideal, de acuerdo a las ofertas y precios del mercado actual, a los compresores a
pistón de baja presión, en su mayoría son capaces de generar presiones de trabajo de
alrededor de 5 - 7 bar. Esta máquina junto a un equipo FRL (Filtro Regulador
Lubricador) cumpliría con los requerimientos técnicos para el abastecimiento del aire.
Desde el punto de vista del diseño de la cañería, hay muchos aspectos
fundamentales para prestar atención. La selección del material debe contemplar la
resistencia mecánica a la presión interna y de a acuerdo al porcentaje de humedad
que contenga el aire deberá considerarse, o no, la generación de óxidos internos, lo
que llevaría a una debilitación de sus propiedades mecánica generando así unos
enormes riesgos por la posibilidad de rotura. Y la consiguiente parada de la capacidad
productiva de la línea. En el caso de manejarse con presiones relativamente bajas, se
puede seleccionar caños plásticos con accesorios de termofusión, los que
comercialmente se los distribuye bajo la marca IPS. El hecho de que sea por
termofusión colabora en gran medida del sellado, evitando así fugas y consecuentes
ineficiencias del servicio, además de no tener problemas con la humedad, ser livianos
y económicos.
Es necesario, siempre, que el compresor trabaje a una presión mayor a la
nominal del servicio por el efecto de perdida de carga. Este efecto es el principal
generador de la perdida de presión a lo largo de la línea ya que no puede ser
contrarrestado como si sería el caso de las filtraciones por malos sellos.
Analizando el aire como un fluido newtoniano, la pérdida de carga está
calculada por la siguiente ecuación:
𝑃2 − 𝑃1 𝑉2 2 − 𝑉1 2
𝑉2
𝑙
+
+ (𝑍2 − 𝑍1 ) =
(𝑓 + ∑ 𝐾 𝑖 ) =
2
𝛾
2
𝑑
𝑓
Ecuación 2 - Energía y Perdida de Carga
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Considerando una cañería equidistante del suelo y de sección constante
podemos reescribir la ecuación así:
𝑃2 − 𝑃1 = Δ𝑃 =
8. 𝜌. 𝑄 2
𝑙
𝐾
(𝑓 + ∑ 𝐾𝑖 ) [Δ𝑃] = 𝑃𝑎 =
2
4
𝜋 .𝑑
𝑑
.
2
𝑓: 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑧𝑎 𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑑: 𝑑𝑖á 𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑎ñ𝑒𝑟𝑖𝑎
𝑙: 𝑙𝑜𝑛 𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝐶𝑎ñ𝑒𝑟í𝑎
𝐾𝑖 : 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟 𝑎 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 𝑜𝑟 𝑎𝑐𝑐𝑒 𝑜𝑟𝑖𝑜
𝜌: 𝐷𝑒𝑛 𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 ∽ 1
3
Del análisis de esta ecuación, podemos concluir la importancia que tiene la
selección de la cañería, su diámetro, material y la cantidad de accesorios a colocar.
Cuanto mayor sea el efecto de perdida de carga, mayor deberá ser la presión
generada por el compresor, lo que conllevaría mayores costos.
4.5.2 AGUA DE SERVICIO
El agua es utilizada únicamente para la refrigeración en las extrusoras. Es
importarte contar con un sistemas de bombas, recomendablemente dos en paralelo.
La segunda se activaría como plan de contingencia en el caso de que fallase la
primera.
Para el diseño de la instalación, se deben tener en cuenta los mismos aspectos
que para la cañería de aire comprimido. Además por necesitar caudales y presiones
relativamente bajas, se pueden usar bombas centrífugas sin ninguna complicación.
4.6 MANTENIMIENTO
Si bien el mantenimiento es una tarea común a cualquier tipo de actividad,
vamos a enfocarnos en aquellas actividades que deben ser realizadas con cierta
periodicidad, es decir un mantenimiento continuo con el fin de mantener un nivel, a
priori, constante de actividad.
La máquina que más mantenimiento requiere, como es evidente por sí mismo,
es el molino. Es necesario mantener las cuchillas con un filo óptimo para no generar
un cuello de botella en la molienda del material. Las cuchillas se deben afilar
periódicas tras una cantidad de toneladas de plástico.
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Estas deben ser afiladas en un maquina automática para mantener la
escuadra del filo, es decir, que cuando se vuelva montar en el molino deje una luz de
sección constante para un mejor ajuste.
Las maquinas, pueden bien o tener cuchilla fija y piedra móvil o viceversa,
estas máquinas deben tener un recorrido lo suficientemente largo para abarcar no solo
el largo de la cuchilla de mayor longitud sino el equivalente a dos veces el diámetro de
la piedra. Estas usualmente estas hechas en 2 tipos de material, abrasiva de grano
grueso, generando un mal acabado visual pero buenos tiempos de trabajo, o bien,
piedras de óxido de aluminio, que son más lentas, pero dejan un acabo prácticamente
pulido.
En términos comparativos, la segunda piedra es mejor en el caso de contar
con un segundo juego de cuchillas, entonces el tiempo extra de afilado no es tan
crítico, mientras que con la primera piedra, por su velocidad, no sería necesario contar
con un segundo juego de cuchillas desde el punto de vista de tiempos de inactividad.
Aunque se suelen tener dos juegos por el hipotético caso de una rotura.
4.7
CONTROL DE CALIDAD
Todo proceso productivo tiene cierta variabilidad que no puede atribuirse a una
única causa, es el efecto combinado de varias. Para un adecuado control de calidad,
lo primero que hay que hacer es discernir entre aquellos factores internos y externos al
proceso, o dicho de otro modo, causas no asignables o fortuitas (aquellas muy difíciles
o imposibles de prever/controlar). Para nuestro caso de análisis podemos enunciar
algunas como las siguientes:
Variabilidad de la materia prima
Imprecisiones en el control electrónico de los equipos
Destreza de los operarios
Este tipo de causas hacen que, al repetir el proceso en condiciones
aparentemente análogas, se obtengan resultados distintos.
El otro tipo de causas, las asignables o atribuibles son aquellas que, si bien
también causas variabilidad, producen efectos previsibles y definidos sobre los cuales
se puede trabajar. Algunas de ellas pueden ser las siguientes:
Desgaste de máquinas o equipos
Error humano
Mala calibración de equipos
Estudiando el proceso de fabricación es posible eliminar sucesivamente las
causas atribuibles de manera que la variabilidad restante sea debida únicamente a
causas fortuitas, diremos en ese momento que el proceso se encuentra en Estado de
Control. Ningún proceso se encuentra bajo control de manera espontánea, por lo que
llevarlo a ese estado es el objetivo del control de calidad.
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Como herramienta para llevar el proceso a un estado de control utilizaremos un
control estadístico de procesos con diagramas de control, cuya meta es, como ya se
mencionó, la eliminación de la variabilidad por causa atribuible.
partes:
En estadística existe la llamada Regla Empírica, ésta nos dice que hay 3
Parte 1: Aproximadamente el 68% de los datos se distribuyen alrededor
de la media a una distancia de una desviación estándar de la misma.
Ilustración 12: Media +/- 1 desvío
Parte 2: Aproximadamente el 95% de los datos se distribuyen alrededor
de la media a una distancia de dos desviaciones estándar de la misma.
Ilustración 13: Media +/- 2 Desvíos
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Parte 3: Aproximadamente el 99% de los datos se distribuyen alrededor
de la media a una distancia de tres desviaciones estándar de la misma.
Ilustración 14: Media +/- 3 desvíos
Esto nos asegura que en los gráficos de control de tres sigmas o tres
desviaciones estándar, alrededor del 99% de los valores caigan dentro de los límites
de tres sigmas.
Ahora bien, para las variables continuas de un proceso como: Voltaje,
amperaje, presión, temperatura, o peso de un rollo, que es nuestro caso de estudio se
construyó dos tipos de gráfico de control, uno para monitorear la media y otro gráfico
de control para monitorear la dispersión de los datos; de esta forma, se establece un
monitoreo sobre la media y la desviación estándar de la variable a controlar.
El número de variables que intervienen en un proceso, pueden ser muy
numerosa, y no es práctico establecer el control estadístico para cada una de ellas.
Entonces, los encargados de establecer el Control Estadístico del Proceso, deben
detectar las variables críticas del proceso, aquéllas que influyen en mayor grado en el
proceso, y construir gráficos de control para estas variables para monitorear el
proceso.
La idea del Control Estadístico es monitorear las variables críticas de un
proceso, y si se mantienen en control, diremos que el proceso es estable
estadísticamente, lo cual indica que la variabilidad que está presente en el proceso, es
producida por causas comunes. Si esto sucede, entonces tendremos producto
estadísticamente estable, y habrá uniformidad en el producto; y por lo tanto, no
tendremos que inspeccionar el producto. De esta forma lo producido es predecible
tanto en cantidad como en calidad.
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Para realizar este sistema de control, se va a trabajar con varios gráficos
específicos:
X-barra-R: usado con el propósito de detectar cualquier cambio en la
media o la variación de la variable monitoreada
X-barra-S: es análogo al X-barra-R pero analiza los desvíos (S)
Estas herramientas cuentan con 2 parámetros principales:
La línea central: representa el valor medio de la característica de
calidad, correspondiente al estado bajo control.
Límite de control superior / inferior: si el proceso se encuentra bajo
control, todos los puntos muéstrales están entre ellos y son de carácter
aleatorio. Un punto fuera de los límites de control, así como la presencia
de patrones sistemáticos o no aleatorios dentro de estos límites son
evidencia de que el sistema está fuera de control.
4.7.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN
Para realizar un análisis completo, se van a trabajar con 2 series de datos, una
serie compuesta por 2 subgrupos correspondientes a un muestral de variables
aleatorias en correspondencia con la producción de un mismo producto (caño
corrugado 3/4 STD) por 2 máquinas diferentes. Esto se hará para poder observar y, en
caso de que la hubiese, apreciar la variabilidad del proceso productivo.
La otra serie corresponderá a los valores aceptados de calidad del mismo
producto en distintos puntos de venta. Estos valores serán obtenidos directamente del
mercado tomando como referencia una marca de caño y diferentes puntos de venta de
capital federal y el conurbano.
Con la combinación de la información obtenida del análisis de estas 2 series de
datos vamos a poder establecer, por un lado, si el proceso observado se encuentra
bajo control, lo que es fundamental para aplicar un control estadístico y por otro lado,
no menos importante, cuales son los límites de tolerancia para cada producto desde el
punto de vista del mercado. Es decir cuál debería ser el peso mínimo de cada rollo, y
cual el máximo, que si bien este último limite no será tenido en cuenta simplemente
como paramento de calidad sino como un desperdicio de materia prima en el caso de
que llegue a ser bastante elevado respecto a la media.
De esta manera es posible diagramar límites de tolerancia y control para el
proceso como así también los aspectos inherentes a la calidad del producto.
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4.7.2 VARIABLE DE ANÁLISIS Y CONTROL
La variable de análisis que elegimos va a ser el peso del rollo, debido a varios
aspectos, el primero y principal es que es la única variable medible desde el punto de
vista del análisis del mercado, no podríamos medir otra de las variables principales de
producto aunque queramos. Si bien la masa de un cuerpo es una variable continua, la
analizaremos como discreta al tomar 3 cifras significativas luego de la coma.
Desde el punto de vista del proceso productivo, donde por sus características
es posible medir muchas más variables, como por ejemplo la temperatura de las
zonas, voltaje de la línea, características del lote de materia prima, etc.
Tomaremos como variable de control también el peso del rollo, puesto que es
el resultado final de la sumatoria de las combinaciones de los efectos de los
paramentos anteriores y de muchos más.
Siguiendo con el análisis del proceso productivo, se tomaran en cuenta solo 2
variables de control, de fácil control y buena precisión y por sobre todo de
independencia sobre las variabilidades generadas por causas no asignables. Dichas
variables van a ser el control electrónico sobre la velocidad de los moldes de la
Corrugadora, que se tomará como un control fino o de buena precisión cuando el rollo
este levemente fuera de especificación. Y la segunda será la velocidad con que gira el
motor principal de la extrusora, que generara mayor o menor caudal haciendo de esto
un control mucho menos graduado y por lo tanto se utilizará cuando la diferencia con
el peso nominal sea verdaderamente significativa.
4.7.3 ANÁLISIS DEL MERCADO
Para obtener estos valores se tomaron muestras de un mismo producto en
distintos puntos de venta, en total se realizaron 20 mediciones por cada medida de
interés, con esta información es posible saber cuál es el rango de calidad comúnmente
aceptado para este producto. La información fue recopilada de distintas ferreterías de
zona oeste, zona norte y capital federal todas para caños corrugados naranja de
25mts el rollo.
Esta información es fundamental ya que podremos saber qué peso deben
tener los rollos fabricados para cada medida (se utilizara como valor de referencia la
media para cada medida) y la tolerancia para que estén en el rango de aceptación del
mercado. Los límites de tolerancia (LTS: Límite de Tolerancia Superior; LTI: Límite de
Tolerancia Inferior) serán de µ ± 2σ lo que da un rango del 95% de distribución
alrededor de la media. Que como era de esperarse muestran una distribución del tipo
normal.
Gracias a estos cálculos podemos observar que los valores máximos y
mínimos de las series perteneces dentro de los cálculos de los límites de tolerancia
con un nivel de tolerancia de 2σ por lo que no haría falta extender aún más los límites.
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Por último sabremos cuanto más material incorporar a cada medida para
hacerlas reforzadas que será del orden del 25%
Valores Comerciales 5/8" Std
Valores (kg)
Indicadores
Valores Comerciales 3/4" Std
Valor
Valores (kg)
0,641 0,639 Max
0,681
0,770 0,742 Max
0,770
0,656 0,641 Min
0,636
0,737 0,752 Min
0,678
0,654 0,659 N
20
0,670 0,659 Media
0,650 0,671 Desvío
0,650
Indicadores
0,738 0,758 N
20
0,770 0,737 Media
0,750
0,013318 0,751 0,760 Desvío
0,641 0,670 K
2
Valor
0,019850
0,745 0,754 K
2
0,660 0,681 LTI
0,625
0,733 0,768 LTI
0,710
0,636 0,637 LTS
0,675
0,751 0,678 LTS
0,790
0,650 0,641
0,736 0,732
0,648 0,640
0,750 0,750
Valores Comerciales 7/8" Std
Valores (kg)
Indicadores
Valores Comerciales 1" Std
Valor
Valores (kg)
1,304 1,301 Max
1,400
1,600 1,610 Max
1,780
1,290 1,265 Min
1,246
1,602 1,559 Min
1,559
1,310 1,304 N
20
1,300 1,300 Media
1,311 1,246 Desvío
1,311 1,300 K
1,300
Indicadores
1,630 1,600 N
1,600 1,615 Media
0,028639 1,570 1,600 Desvío
2
1,780 1,600 K
Valor
20
1,600
0,044005
2
1,300 1,311 LTI
1,245
1,600 1,566 LTI
1,510
1,311 1,311 LTS
1,360
1,600 1,612 LTS
1,690
1,300 1,275
1,600 1,612
1,300 1,400
1,605 1,630
Tabla 13: Valores comerciales STD
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Valores Comerciales 5/8" Ref
Valores (kg)
Valores Comerciales 3/4" Ref
Indicadores
Valor
Valores (kg)
Indicadores
Valor
0,860
0,798
Max
0,860
1,000 0,918
Max
1,000
0,803
0,810
Min
0,779
0,904 0,918
Min
0,904
0,799
0,800
N
20
0,911 0,970
N
0,798
0,816
Media
0,800
0,950 0,950
Media
0,950
0,800
0,800
Incremento
23%
0,918 0,980
Incremento
27%
0,794
0,821 Desvío
0,779
0,820 K
0,791
0,779 LTI
0,765
0,950 0,950 LTI
0,890
0,820
0,803 LTS
0,835
0,944 0,910 LTS
1,010
0,803
0,798
0,017412 0,990 0,978 Desvío
2
0,030112
0,987 0,970 K
2
0,980 0,950
Valores Comerciales 7/8" REF
Valores (kg)
20
Valores Comerciales 1" REF
Indicadores
Valor
Valores (kg)
Indicadores
Valor
1,546
1,534
Max
1,700
2,003 1,974
Max
2,200
1,570
1,600
Min
1,534
2,100 2,030
Min
1,944
1,610
1,602
N
20
2,047 2,100
N
1,700
1,559
Media
1,600
2,000 1,950
Media
2,000
1,615
1,615
Incremento
23%
1,990 1,944
Incremento
25%
1,570
1,600 Desvío
1,546
1,630 K
1,600
1,610 LTI
1,520
2,000 2,050 LTI
1,880
1,590
1,534 LTS
1,680
2,000 2,000 LTS
2,120
1,557
1,602
0,039266 1,990 1,990 Desvío
2
1,974 2,200 K
20
0,059570
2
2,036 1,993
Tabla 14: Valores comerciales REF
Analizando estas tablas podemos definir claramente las medias y los límites de
tolerancia (LTS y LTI) para cada producto.
Con esta información se generó una tabla con límites de tolerancia (LT) para la
producción de cada medida, la cual se mostrara a continuación. El cual ronda el 5%
respecto a su media.
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Valores Comerciales 5/8" STD
L.T.I.
L.C.
L.T.S.
%
0,625
0,650
0,675
4%
Valores Comerciales 3/4" STD
L.T.I.
L.C.
L.T.S.
%
0,710
0,750
0,790
5%
Valores Comerciales 7/8" STD
L.T.I.
L.C.
L.T.S.
%
1,245
1,300
1,360
5%
Valores Comerciales 1" STD
L.T.I.
L.C.
L.T.S.
%
1,510
1,600
1,690
6%
Valores Comerciales 5/8" REF
L.T.I.
L.C.
L.T.S.
%
0,765
0,800
0,835
4%
Valores Comerciales 3/4" REF
L.T.I.
L.C.
L.T.S.
%
0,890
0,950
1,010
6%
Valores Comerciales 7/8" REF
L.T.I.
L.C.
L.T.S.
%
1,520
1,600
1,680
5%
Valores Comerciales 1" REF
L.T.I.
L.C.
L.T.S.
%
1,880
2,000
2,120
6%
Tabla 15: Limites de tolerancia
4.7.4 ANÁLISIS DEL PROCESO PRODUCTIVO
Análogamente como se hizo para estimar los valores de mercado, se realizó lo
mismo con 2 máquinas para estimar la variabilidad de las máquinas en régimen de
marcha. Se realizaron los cálculos para obtener los indicadores ya mencionados
(XBarra-R y XBarra-S) como así también los límites de control, medias y desvíos.
Juntos con información complementaria como distribución de pesos y normalización
de datos.
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Las condiciones de la toma de valores fueron de tomar 20 valores de cada
máquina a lo largo de una jornada de 8 horas de manera aleatoria cuando ambas
máquinas estaban realizando el mismo producto con el mismo lote de materia prima. A
continuación se mostrara la información y el análisis de esos datos. Se pesó un rollo
cada 10 fabricados y a su vez, cada 10 rollos se controló y ajusto en caso de ser
necesario los parámetros de máquina.
Los datos obtenidos fueron para la producción de caños corrugados de 3/4”
estándar con un peso de alrededor de 750 gramos por rollo, con una concentración del
2% de masterbach naranja y PEAD color natural.
Muestra
1
Peso del rollo
Peso del rollo
en Maquina 1 (kg) en Maquina 2 (kg)
0,750
0,749
2
0,751
0,750
3
0,752
0,758
4
0,750
0,751
5
0,745
0,750
6
0,750
0,758
7
0,750
0,744
8
0,750
0,742
9
0,751
0,750
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0,750
0,747
0,750
0,749
0,758
0,753
0,750
0,750
0,747
0,749
0,751
0,750
0,750
0,753
0,745
0,745
0,758
0,750
0,755
0,750
0,742
0,753
Tabla 16: Valores obtenidos de pesajes
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Análisis de datos – Producción
Xmin
0,742
n
n' Peso (Kg) Sum
%
Z Norm.
Xmax
0,758
1
-9
0,742
2
5
3,06
Media
0,750
2
-8
0,743
-
0
7,46
Desvío
0,00290
3
-7
0,744
1
3
16,16
Sigma
2,8
4
-6
0,745
3
8
31,10
Div
17
5
-5
0,746
-
0
53,12
N
40
6
-4
0,747
2
5
80,56
%
0,39%
7
-3
0,748
-
0
108,47
L.S
0,759
8
-2
0,749
3
8
129,66
µ
0,750
9
-1
0,750
16
40
137,61
L.I.
0,741
10
0
0,751
4
10
129,66
11
12
13
14
15
16
17
1
2
3
4
5
6
7
0,752
0,753
0,754
0,755
0,756
0,757
0,758
1
3
1
4
3
8
0
3
0
0
10
108,47
80,56
53,12
31,10
16,16
7,46
3,06
Tabla 17: Datos de Producción de 3/4 STD
Con el análisis de esta tabla, podemos observar claramente que la mayoría de
los rollos se encuentran cerca de su valor nominal de 750 gramos, y que además, es
un proceso productivo cercano a 3σ lo que implica, en termino de calidad y estadística,
un valor cercano a 66.807 DPMO (defectuosos por millón de observaciones) o bien
una eficiencia cercana del 93,3%.
Esto se puede ver más claramente si hacemos 2 gráficos acerca de los
valores, uno de dispersión, y otro si normalizamos los valores sobre una normal con la
media y el desvío obtenidos. A continuación se mostraran esos gráficos juntos con los
de XBarra-R y XBarra-S
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Peso de Rollos a lo largo del día
0,770
Peso
0,760
0,750
Maq 1
Maq 2
0,740
0,730
-
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Muestras
Gráfico 6: Variaciones de peso
Sumas
Distribución de Producción
18
16
14
12
10
8
6
4
2
-
180,00
160,00
140,00
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
-
Sum
Z Norm.
0,742 0,744 0,746 0,748 0,750 0,752 0,754 0,756 0,758
Pesos
Gráfico 7: Distribuciones de peso
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XBarra-R
0,765
0,760
0,755
Peso
Xbarra
LCI (Prod)
0,750
LCS (Prod)
0,745
LC (medias)
Lineal (Xbarra)
0,740
y = -1E-05x + 0,7503
0,735
-
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22
Muestras
Gráfico 8: XBarra-R
XBarra-S
0,01000
Desvios
0,00500
Sbarra
LCI
-0,00000
-
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22
LC(desvios)
LCS
-0,00500
-0,01000
Muestras
Gráfico 9: XBarra-S
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4.7.5 CONCLUSIÓN SOBRE EL SISTEMA DE CALIDAD
Con toda la información obtenida hasta ahora podemos ver que el proceso de
fabricación según las muestras obtenidas durante el transcurso de trabajo de un día se
encuentra bajo control por lo que el proceso de control asociado al mismo eficaz.
Además podemos observar que la probabilidad de hacer un rollo defectuoso
seria bajísima, esto se puede ver que los márgenes de fabricación son mucho más
cercanos a la media que los de comercialización, o dicho de otra manera, tienen un
desvío significativamente menor.
Sin embargo no sería deseable que el peso del rollo se acerque a los valores
del límite superior comercial, ya que si bien estaría dentro del margen, sería un
desperdicio de materia prima. Con las pérdidas económicas y de rendimiento que esto
conllevaría. Ese es el principal motivo por el cual no sería apropiado relajar los
controles de calidad. El cual es, en apariencia, mucho más estricto que el de
aceptación comercial.
La diferencia en cuanto a los desvíos de producción es tan significativa
respecto a los comerciales que esta metodología de control puede ser extrapolada a
las otras 3 variedades de productos en sus 2 variantes y seguirá siendo eficaz.
Para cuantificar las diferencias, este proceso de control de calidad genera un
desvío de la media de máquina de 0,39% y el desvío comercial para el valor del rollo
de 3/4 Stdesde un 2,65% respecto a la media.
Esta gran diferencia entre los desvíos hace que el 100% de la producción
(tomada como µ ± 3σ) se encuentre cómodamente dentro los márgenes que habíamos
tomado para el mercado (tomada como µ ± 2σ). En la siguiente tabla se pueden ver
los valores porcentuales de los desvíos respecto a las medias de cada medida.
Tipo Medida
STD
REF
%
5/8"
2,0
3/4"
2,6
7/8"
2,2
1"
2,8
5/8"
2,2
3/4"
3,2
7/8"
2,5
1"
3,0
Tabla 18: Desvíos respecto a las medias
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4.8 RECICLADO DE DESPERDICIOS
Los desperdicios que se generan durante el proceso productivo se pueden
agrupar, a grandes rasgos, en 2 momentos puntuales. Uno es cuando el proceso
comienza, que se generan “chorreadas” de plástico hasta que se logre centrar el pico
o cuando se generan cambios de filtro. Este último acontecimiento no hace falta
analizarlo ya que usaremos, como ya se dijo, un sistema de filtro continuo. Entonces,
únicamente nos tendremos que preocupar por los desperdicios generados al comienzo
del proceso.
Además, en un sentido más amplio, podemos entender como desperdicio a los
primeros metros de caño corrugado que se generan hasta que el proceso se
encuentre en estado de régimen o bajo control o a aquellos rollos que no cumplan con
las condiciones para ser enviados al mercado.
Es posible reutilizar sin ningún problema estas cantidades de material al
molerlas y mezclarlas nuevamente con material nuevo. Esta es una gran ventaja
competitiva respecto al proceso de reutilización del PVC, su principal competidor en
este segmento, ya que el PVC tiene un número limitado de veces para ser
reprocesado, mientras que en el PEAD, esto no es un problema.
Debido a las características ya comentadas, es claro el gran beneficio que
implica la utilización del PEAD. Es posible generar un proceso productivo con cero
niveles de desperdicios. Todo lo que sale de la extrusora es posible reutilizarlo en un
100% una gran cantidad de veces siempre y cuando se lo muela y reprocese y mezcle
con material nuevo.
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4.9 DESARROLLO DEL LAYOUT
Se trabajara con una nave8 de 300 M2 con accesos frontal para las oficinas
comerciales y accesos lateral para empleados y camiones.
Ilustración 15: Vistas exteriores de planta
8
Las ilustraciones mostradas, tanto del interior como del exterior de la nave, son
capturas de pantalla de un diseño interactivo en 3D mediante un software de diseño. Su video
será entregado en formato digital.
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4.9.1 LOGÍSTICA INTERNA DE LA PLANTA
Como se puede ver en la siguiente imagen, se trabajó en la localización de
cada área con el fin de que la logística interna sea la mínima posible y no haya
excesivo traslado de materiales entre las distintas áreas de la planta.
Ilustración 16: Logística Interna
4.9.2 ORGANIZACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL PERSONAL REQUERIDO
El desglose del trabajo se hizo en función de las tareas principales. En función
a ellas se calculó un estimativo de los requerimientos de recursos humanos para el
área fabril.
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Desglose de trabajo
Operario
Área
Tarea
Operario n°1
Producción
Preparación de MP y Producción
Operario n°2
Producción
Preparación de MP y Producción
Operario n°3
Producción
Preparación de MP y Producción
Operario n°4
Producción
Preparación de MP y Producción
Operario n°5
Producción
Preparación de MP y Producción
Operario n°6 Molienda y Limpieza Molienda
Zarandeo
Limpieza y Orden
Operario n°7
Almacén PT
Mantenimiento de Molino
Control de Stock
Preparación de Pedidos
Operario n°8
-
Tareas Generales
Tabla 19: Desglose del trabajo
4.10 ANÁLISIS DE VARIANTES PRODUCTIVAS
4.10.1 DESARROLLO DE LÍNEA BICAPA
Para generar un producto bicapa, es necesario recurrir a otro tipo de máquinas
debido a la complejidad de su proceso.
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La coextrusión es un proceso de extrusión utilizado para obtener un producto
que combina dos texturas: dos materiales diferentes se extruden para formar un solo
producto. La Coextrusión implica el uso de dos extrusoras conectadas entre sí para
extrudir dos productos de forma simultánea y así formar uno solo.
Ilustración 17: Sistemas de Coextrusióm
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Entre las tantas complicaciones que surgen de este proceso, una de las
principales es la de combinar dos plásticos distintos, que en nuestro caso de análisis
seria el PVC y el PEAD.
Al hacerlo hay que tener en cuenta que ambos cuentan con propiedades
totalmente distintas, tanto para su procesamiento como para su manufactura, para
nombrar algunas podemos saber que el PEAD se lo utiliza a una temperatura media
de 200°C mientras que al PVC 140°C, el tiempo de permanencia del PVC es mucho
menor dentro de la máquina extrusora por lo que deben ser maquinas totalmente
diferentes desde el punto de vista constructivo y la complejidad de generar flujos de
materiales idénticos, entre otros aspectos.
Comúnmente este tipo de proceso se lo utiliza a gran escala para grandes
tubos cloacales (no menor a 4”), utilizando un interior de PVC liso, para reducir los
efectos de pérdidas de carga, y un exterior corrugo de PE para reducir costos a la vez
de aportar resistencia mecánica al conjunto.
Aun sin considerar el aspecto de factibilidad económica ya surge a simple vista
la imposibilidad mecánica para trabajar con medidas que oscilan entre 1/6 y 1/4 de las
medidas mínimas de producción.
Si a este punto, a su vez, analizamos la necesidad de tener 2 extrusoras para
una única línea de producto, esto encarecería significativamente la inversión, y por lo
tanto afectaría negativamente los estados financieros.
Si bien, creemos que sea posible, mediante el diseño de máquinas a medida
de nuestras necesidades, sortear las complicaciones técnicas, el producto seria
claramente inviable desde el punto de vista de costos e inversión.
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5 ANÁLISIS ECONÓMICO
5.1 INTRODUCCIÓN
En esta sección se analizaran por un lado la estructura básica de costos que
involucra el proyecto, desglosando cada uno de sus componentes y características
básicas. Se analizará la composición de la inversión inherente al proyecto, teniendo en
cuenta el plan necesario para la misma.
Se determinará la estructura de capital óptima y la tasa de descuento del
proyecto.
Finalmente con toda esta información se efectuará la valuación económica
financiera de la ejecución del proyecto, utilizando métodos comparativos ante distintos
escenarios posibles.
5.2 DESGLOSE Y ANÁLISIS INTEGRAL DE COSTOS
5.2.1 GASTOS GENERALES DE FABRICACIÓN
Se utiliza el método de costeo estándar por absorción, para el cual se han
obtenido los siguientes datos:
Gastos Generales de Fabricación
Tipo
Concepto
Fijos
Electricidad
Gas
Seguros
Servicios Comunicación
Costo($)
11.000
300
2.000
700
Agua
Administración
Impuestos
500
60.000
10.000
Subtotal
84.500
Variables Mantenimiento
Repuestos
5.000
5.000
Subtotal
10.000
TOTAL
94.500
Tabla 20: Gastos Generales de Fabricación
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Luego se tomó como base de cálculo la obtención de costo unitario de
fabricación de Kilogramo de Material9.
5.2.2 COSTOS DIRECTOS DE FABRICACIÓN
Costos Directos
Tipo
Concepto
Costo x Operario
MOD
CP
$
Unidad
MOD
12.000
8,00
$/Kg
4,80
MP PEAD
Kg/unidad
1,00
MP Masterbach
MP PEAD
MP Masterbach
Kg/unidad
$/Kg
$/Kg
0,02
5,00
70,00
Kg
20.000
Capacidad Normal
Costo Directo Std ($/kg)
11,20
Tabla 21: Costos Directos
5.2.3 AMORTIZACIONES
Para el caso de las amortizaciones se tomaron de vida útil 5 años para los
bienes de uso (máquinas) y 10 años para las instalaciones necesarias. Quedó afuera
de estas consideraciones el terreno.
Amortizaciones
Tipo
Total ($)
Vida Útil (Años)
VR($)
BU
Instalaciones
1.491.000
2.906.000
5
10
149.100
1.162.400
TOTAL
Cuota($)
22.365
14.530
36.895
Tabla 22: Amortizaciones
9
Todos los datos referentes al costo fueron calculados y recopilados entre Diciembre
de 2015 y Febrero de 2016 en Pesos Argentinos.
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plásticos a partir de bidones
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Versión: 4.0
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Versión: 4.0
5.3 INVERSIONES
Para las inversiones necesarias para el funcionamiento del proyecto se realizó
el siguiente análisis. Se estudió cuáles serán las necesidades tanto de espacio, de
maquinaria, de herramientas y de instalaciones.
Costeo Equipos y Herramientas
Equipos
Descripción
Precio ($)
Cantidad
Precio Total ($)
Molino
72.500
2
145.000
Extrusora + Corrugadora
217.500
5
1.087.500
Zaranda
36.250
2
72.500
Afilador de Cuchillas
29.000
1
29.000
Torno Paralelo
Fresadora
43.500
43.500
1
1
43.500
43.500
Subtotal
1.421.000
Herramientas
Descripción
Precio ($)
Cantidad
Precio Total ($)
Pañol
50.000
1
50.000
Amoladora de banco
2.000
1
2.000
Sierra de banco
2.000
1
2.000
Equipos Neumáticos
16.000
1
16.000
Subtotal
70.000
TOTAL
1.491.000
Tabla 23: Costeo de Equipos y Herramientas
Obra Civil
Concepto
Horas Ing.
Precio ($)
250.000
Construcción
1.550.000
TOTAL
1.800.000
Tabla 24: Obra Civil
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Costeo Instalaciones
Servicio
Equipos
Aire Comprimido
Precio ($)
Compresor Kaeser BSD 81
200.000
Tanque 3000 litros
20.000
Unidad de tratamiento y Control
15.000
Cañerías / Accesorios
100.000
Subtotal
335.000
Tanque
Bombas
Agua
5.000
6.000
Cañerías / Accesorios
150.000
Termotanque
15.000
Subtotal
176.000
Gas
Instalación General
40.000
Incendio
Instalación General
120.000
Generador
25.000
Protecciones
50.000
Puesta a Tierra
10.000
Conductores
25.000
Cañerías / Accesorios
165.000
Instalación Eléctrica
Subtotal
TOTAL
435.000
1.106.000
Tabla 25: Costos Instalaciones
Costeo General Inversión
Concepto
Detalle
Terreno
Zona elegida
2.900.000
Instalaciones
Servicios
1.106.000
Obra Civil
Estudio + Construcción
1.800.000
Equipos
Máquinas Herramientas
1.491.000
TOTAL
Precio ($)
7.297.000
Tabla 26: Costos Generales de Inversión
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5.3.1 PROGRAMA DE INVERSIÓN
Luego en orden de obtener un número representativo del monto y el tiempo
necesario para la puesta en orden de la inversión antes detallada es que se
confeccionó el siguiente plan de inversión. (Tasa de descuento analizada
posteriormente)
Programa de Inversión a 1 Año
Mes
1,047%
Dinero a Invertir ($)
Acum ($)
VF ($)
0
2.900.000
2.900.000
3.286.111
1
242.167
3.142.167
271.566
2
242.167
3.384.333
268.752
3
242.167
3.626.500
265.967
4
5
6
242.167
3.868.667
263.211
242.167
987.667
4.110.833
5.098.500
260.483
1.051.363
7
242.167
5.340.667
255.113
8
242.167
5.582.833
252.470
9
242.167
5.825.000
249.853
10
242.167
6.067.167
247.264
11
242.167
6.309.333
244.702
12
987.667
7.297.000
987.667
VF
7.904.522
Tabla 27: Programa de Inversión
5.4 ANÁLISIS DE CAPITAL
Se partió de la teoría CAPM (Capital asset pricing model) y de los teoremas de
Modigliani y Miller para determinar la estructura óptima de capital para el proyecto en
cuestión. Para este desarrollo se tomaron como supuestos, por un lado un Beta
característico de la industria petroquímica, la prima de mercado, el Risk Free y el
riesgo país de la Argentina al momento de realizar el análisis.
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CAPM
Riesgo País
Prima de Mercado
Rf
Beta tipo
Kl
Beta Ul
4,50%
8%
4%
1,64
0,15
1,21
Tabla 28: CAPM
Estructura del capital
Financiado
Costo de
Deuda/Capital Interés
de Deuda
la deuda
(%)
(%)
(%)
(%)
Bl
Kl
WACC
-
(%)
(%)
0
10
20
30
0
11
25
43
0
15
16
17
0,0
9,8
10,4
11,1
1,21
1,30
1,41
1,55
13,36
13,71
14,15
14,71
13,36
13,31
13,40
13,61
40
50
60
70
80
90
67
100
150
233
400
900
18
19
22
24
26
28
11,7
12,4
14,3
15,6
16,9
18,2
1,74
2,00
2,40
3,06
4,37
8,32
15,46
16,52
18,10
20,73
25,99
41,79
13,96
14,43
15,82
17,14
18,72
20,56
100
-
30
19,5
-
-
19,5
Tabla 29: Estructura de Capital
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CAPM
14,00%
Tasa aplicada
12,00%
10,00%
8,00%
6,00%
CAPM
4,00%
2,00%
0,00%
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Beta característico
Gráfico 10: CAPM
De aquí surge que la estructura óptima de capital para nuestro proyecto será la
que minimice el WACC (Weighted average cost of Capital). Por lo tanto según lo
analizado será una relación de (10% deuda – 90% capital), que a su vez es una
relación coherente para un modelo de negocios STARTUP.
De este análisis a su vez se desprendió la tasa de descuento que se utilizará al
momento de realizar la valuación.
TREMA (Tasa de Rendimiento Mínima Aceptable) = 13.31%
5.5 VALUACIÓN DE PROYECTO
5.5.1 INTRODUCCIÓN
Se realizó la valuación económico – Financiera del proyecto en cuestión,
teniendo en cuenta la especial situación macroeconómica de la Argentina al momento
de este análisis, siendo que al momento del mismo la economía se encontraba en
proceso de un intenso ajuste fiscal con su consecuente retracción de la economía en
su conjunto.
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Además se tuvieron en cuenta las siguientes consideraciones básicas del
negocio en sí y de su entorno.
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
Duración de proyecto de 5 años
Inversión única
3 Escenarios de Inflación y tipo de cambio (TC)
Estructura óptima de capital calculada
5% sobre las ventas de inventarios
Plazo medio de cobro de 45 días
Plazo medio de pago a proveedores de 30 días
Impuesto a las ganancias del 35%
Tasa promedio de intereses de estructura de capital
En la tabla que sigue se muestran los 3 escenarios planteados para la
inflación:
Escenario
Año
1
2
3
4
5
1
2
3
Inflación
TC
Inflación
TC
Inflación
TC
(%)
($/USD)
(%)
($/USD)
(%)
($/USD)
30
18,85
35
19,58
40
20,30
25
23,56
30
25,45
35
27,41
15
27,10
25
31,81
35
37,00
10
29,81
20
38,17
35
49,95
5
31,30
15
43,90
35
67,43
Tabla 30: Escenarios de Inflación
Como se verá más adelante en el análisis de cuadro de resultados la inflación
jugará un papel preponderante en la valuación del proyecto. Bajo las circunstancias
macroeconómicas de la Argentina al momento de realizar la valuación no es probable
esperar una fuerte desaceleración de la inflación crónica que afecta al país. Por lo
tanto los tres escenarios plantean:
Escenario 1: Descenso gradual de la inflación bajo un techo de 30 % en el año 2016,
producto del triunfo de la política monetaria planteada.
Escenario 2: Techo del 35% descenso menos gradual.
Escenario 3: Fracaso de las políticas monetarias.
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5.5.2 CUADRO DE RESULTADOS PROYECTADO
Los cuadros de Resultados al igual que el costeo se calcularon todos en pesos
Argentinos, teniendo en cuenta los índices de inflación antes mencionados.
Año
Inflación (%)
Ventas ($)
CD ($)
CI ($)
CV ($)
Utilidad
Operativa ($)
Resultado por
Venta ($)
Intereses ($)
UNAI ($)
Impuestos ($)
Utilidad Neta
1
Escenario 1
2
3
62,5
87
13.523.820 15.555.423
4.329.967
4.980.433
2.945.608
3.388.109
7.275.575
8.368.541
0
-
4
5
30
10.816.947
3.463.299
2.356.027
5.819.325
106
17.114.299
5.479.543
3.727.646
9.207.189
116
17.973.515
5.754.641
3.914.791
9.669.432
-
4.997.622
6.248.245
7.186.882
7.907.110
8.304.083
-
-
-
-
-
9.090.128
-
118.568
4.879.054
1.707.669
3.171.385
118.568
6.129.677
2.145.387
3.984.290
118.568
7.068.314
2.473.910
4.594.404
118.568
7.788.543
2.725.990
5.062.553
909.020
16.485.191
5.769.817
10.715.374
Tabla 31: Escenario 1
Año
Inflación (%)
Ventas ($)
CD ($)
CI ($)
CV ($)
Utilidad
Operativa ($)
Resultado por
Ventas ($)
Intereses ($)
UNAI ($)
Impuestos ($)
Utilidad Neta
0
-
1
Escenario 2
2
3
62,5
87
14.605.725 18.260.714
4.676.364
5.846.595
3.181.256
3.977.345
7.857.621
9.823.940
4
5
106
21.917.127
7.017.281
4.773.744
11.791.025
116
25.209.606
8.071.445
5.490.875
13.562.320
-
30
11.232.984
3.596.502
2.446.643
6.043.146
-
5.189.838
6.748.104
8.436.774
10.126.102
11.647.286
-
-
-
-
-
12.749.790
-
118.568
5.071.270
1.774.945
3.296.326
118.568
6.629.537
2.320.338
4.309.199
118.568
8.318.207
2.911.372
5.406.834
118.568
10.007.534
3.502.637
6.504.897
909.020
23.488.055
8.220.819
15.267.236
Tabla 32: Escenario 2
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plásticos a partir de bidones
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plásticos a partir de bidones
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Año
Inflación (%)
Ventas ($)
CD ($)
CI ($)
CV ($)
Utilidad
Operativa ($)
Resultado
por Ventas ($)
Intereses ($)
UNAI ($)
Impuestos ($)
Utilidad Neta
0
-
40
11.649.020
3.729.706
2.537.260
6.266.966
89
15.729.242
5.036.085
3.425.968
8.462.053
Escenario 3
3
155
21.238.615
6.800.039
4.625.958
11.425.998
-
5.382.054
7.267.189
9.812.618
13.249.615
17.890.464
-
-
-
-
-
19.583.933
-
118.568
5.263.486
1.842.220
3.421.266
118.568
7.148.622
2.502.018
4.646.604
118.568
9.694.050
3.392.917
6.301.132
118.568
13.131.047
4.595.866
8.535.181
909.020
36.565.377
12.797.882
23.767.495
1
2
4
5
244
28.677.717
9.181.842
6.246.261
15.428.102
365
38.722.460
12.397.901
8.434.094
20.831.996
Tabla 33: Escenario 3
5.5.3 FLUJO DE FONDOS
Para el flujo de fondos de cada uno de los escenarios se calcularon los mismos
en pesos teniendo en cuenta el quebranto, las amortizaciones, las inversiones y la
utilidad neta. Luego se los convirtió en dólares teniendo en cuenta la evolución del tipo
de cambio para cada escenario. Finalmente se incorporó a la valuación del proyecto el
impacto que tendrá sobre el mismo el IVA (impuesto al valor agregado), para ver este
análisis ver tabla 37.
Las técnicas utilizadas para comparar la evolución de los tres escenarios son el
VAN (Valor Actual Neto) y la TIR (Tasa Interna de Retorno). Surge claramente de su
análisis que solo es factible financieramente el proyecto bajo la acción de un efecto
inflacionario como el planteado en el escenario 1. Para este escenario el VAN es
mayor a cero y la TIR es mayor que el WACC, por lo que concluimos que el proyecto
agrega valor.
Se muestra además en la tabla 38 el análisis de retorno sobre la inversión
realizado para el escenario 1, aquí podemos ver que el PAYBACK simple es un poco
más elevado del que se suele sugerir para proyectos nuevos (2,5 años).
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plásticos a partir de bidones
Alumnos: Maisterrena Rodrigo y Pancotto Emilio
Versión: 4.0
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Año
UNAIG($)
Utilidad Neta($)
Inversión($)
Quebranto($)
Amortización($)
FCFF($)
FCFFreal(USD)
VAN (USD)
VAN c/IVA
TIR (%)
0
7.114.070
-7.114.070
- 490.626
29.757
8.201
16,0
1
4.997.622
4.997.622
7.114.070
442.740
5.440.362
222.010
Escenario 1
2
3
6.248.245 7.186.882
4.802.116 4.671.473
2.116.448
442.740
442.740
5.244.856 5.114.213
136.981
100.997
4
7.907.110
5.139.622
442.740
5.582.362
91.109
5
17.394.211
11.306.237
442.740
11.748.977
173.926
Tabla 34: FF Escenario 1
Año
UNAIG($)
Utilidad Neta($)
Inversión($)
Quebranto($)
Amortización($)
FCFF($)
FCFFreal(USD)
VAN (USD)
VAN c/IVA
TIR (%)
0
7.114.070
-7.114.070
-490.626
-112.465
-134.021
2,5%
1
5.189.838
5.189.838
7.114.070
442.740
5.632.578
163.956
Escenario 2
2
3
6.748.104 8.436.774
5.059.749 5.483.903
1.924.232
442.740
442.740
5.502.489 5.926.643
98.566
70.776
4
5
10.126.102 24.397.075
6.581.966 15.858.099
442.740
442.740
7.024.706 16.300.839
69.907
122.662
Tabla 35: FF Escenario 2
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plásticos a partir de bidones
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Versión: 4.0
Año
UNAIG($)
Utilidad Neta($)
Inversión($)
Quebranto($)
0
7.114.070
-
Amortización($)
-
FCFF($)
FCFFreal(USD)
VAN (USD)
VAN c/IVA
TIR (%)
-7.114.070
-490.626
-126.815
-148.371
0,1
1
5.382.054
5.382.054
7.114.070
Escenario 3
2
3
7.267.189 9.812.618
5.329.879 6.378.201
1.732.016
-
442.740
4.824.794
169.768
442.740
5.772.619
111.450
442.740
6.820.941
72.258
4
13.249.615
8.612.250
-
5
40.415.929
26.270.354
-
442.740
9.054.990
52.633
442.740
26.713.094
85.198
Tabla 36: FF Escenario 3
Trimestres
IVA inversión
IVA Compras
IVA Ventas
Pago AFIP
FF
Crédito
VAN IVA
-
FF IVA
Año 1
2
1
-610.260
-610.260
610.260
-21.556
-141.120
440.761
299.641
310.619
-141.120
440.761
299.641
10.978
3
4
-136.096
425.069
288.974
-277.996
-141.120
440.761
-577.637
-277.996
-
Tabla 37: FF IVA
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Payback Simple
Año FF ($)
0
1
2
3
4
Acum($)
-490.626
222.010
136.981
100.997
91.109
-490.626
-268.615
-131.635
-30.638
60.471
5
173.926
PBS (Años)
234.398
3,30
Tabla 38: Payback Simple
5.5.4 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD
Se confeccionó a modo de poder cuantificar la sensibilidad del proyecto ante las
posibles variaciones de algunos parámetros del proyecto (escenario 1) el siguiente
análisis.
Los gráficos adjuntados, ilustraciones 18 a 23, muestran la afectación del VAN del
proyecto ante una variación porcentual de los parámetros:






Precio de la mano de obra ($/kg)
Precio del PEAD ($/kg)
Ineficiencia en el aprovechamiento de la MP
Costo Directo Standard ($)
Gastos Generales de Fabricación
Nivel de actividad (Kg de material producidos)
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Variación (%) MOD ($/Kg) VAN: 29.757
50
2,40
86.790
60
2,88
75.383
70
3,36
63.977
80
3,84
52.570
90
4,32
41.163
100
4,80
29.757
110
5,28
18.350
120
5,76
6.944
130
6,24
-4.463
140
6,72
-15.870
150
7,20
-27.276
Ilustración 18: Sensibilidad MOD
Variación(%) Precio PEAD ($/Kg) VAN: 29.757
50
2,50
89.166
60
3,00
77.284
70
3,50
65.402
80
4,00
53.521
90
4,50
41.639
100
5,00
29.757
110
5,50
17.875
120
6,00
5.993
130
6,50
-5.889
140
7,00
-17.771
150
7,50
-29.653
Ilustración 19: Sensibilidad Precio PEAD
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Variación(%) Inef.MP VAN: 29.757
100%
1,00
29.757
103%
1,03
26.192
106%
1,06
22.628
109%
1,09
19.063
112%
1,12
15.499
115%
1,15
11.934
118%
1,18
8.369
121%
1,21
4.805
124%
1,24
1.240
127%
1,27
-2.324
130%
1,30
-5.889
Ilustración 20: Sensibilidad Ineficiencia
Variación (%)
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Costo STD VAN: 29.757
$
5,60
162.834
$
6,72
136.218
$
7,84
109.603
$
8,96
82.988
$
10,08
56.372
$
11,20
29.757
$
12,32
3.141
$
13,44
-23.474
$
14,56
-50.089
$
15,68
-76.705
$
16,80
-103.320
Ilustración 21: Sensibilidad Costo STD
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Variación (%)
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
GGF
47.250
56.700
66.150
75.600
85.050
94.500
103.950
113.400
122.850
132.300
141.750
VAN: 29.757
85.899
74.670
63.442
52.214
40.985
29.757
18.528
7.300
-3.928
-15.157
-26.385
Ilustración 22: Sensibilidad GGF
Variación(%)
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
NAN VAN: 29.757
10.000
-240.431
12.000
-150.369
14.000
-86.038
16.000
-37.790
18.000
-264
20.000
29.757
22.000
54.319
24.000
74.788
26.000
92.108
28.000
106.953
30.000
119.819
Ilustración 23: Sensibilidad NAN
De lo señalado podemos ver que nuestro modelo será más sensible ante los
posibles cambios por un lado del nivel de actividad y a su vez a las posibles
variaciones del costo STD. Esto deberá de tenerse en cuenta al momento de armar la
estructura en orden de poder tomar las medidas necesarias para contrarrestar los
efectos de las variaciones en los parámetros antes mencionados.
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6 CONCLUSIONES
6.1 IMPACTO AMBIENTAL
Tanto los productos fitosanitarios como sus envases vacíos pueden ser muy
dañinos para el hombre, los animales y el ambiente si no se los aplica en dosis
adecuadas, se los manipula en forma correcta y se los almacena en forma segura.
Problemática de los envases:
Quema de envases vacíos: Esta es una práctica muy habitual por
muchos productores, que debido a al no saber qué hacer con sus
envases, optan por quemarlos en el campo. Esta metodología es muy
peligrosa, debido a que la quema a baja temperatura genera gases que
afectan la capa de ozono y a la salud de las personas.
Darles un uso posterior: En muchos casos se utilizan estos bidones
para transportar agua, con las consiguientes consecuencias a la
saludad asociadas.
Abandonarlos y Enterrados. Ambas prácticas traen como consecuencia
la contaminación del agua, aire y suelo. Debido al remanente de
agroquímico que contienen estos envases.
A esto se le suma la imposibilidad por parte de los productores agropecuarios
para poder cumplir con los requisitos de las leyes nacionales y provinciales. Unida a la
inexistencia de un sistema de fiscalización, hacen que se haya instalado un comercio
ilegal de plástico contaminado; que en algunos casos llega a ser acopiado dentro del
radio urbano y transformado en utensilios de uso doméstico, reutilizados, o quemados
a cielo abierto provocando contaminación y posibles afectaciones a la salud de las
personas.
La Red Universitaria de Ambiente y Salud (REDUAS) indica en un informe que
recientemente CASAFE (Cámara de Agrotóxicos Argentina) informó la evolución de su
mercado, en el que el consumo de pesticidas aumentó 858% en los últimos 22 años, la
superficie cultivada lo hizo en un 50% y el rendimiento de los cultivos solo aumentó un
30%.
Por tanto consideramos imprescindible la implementación de políticas de
desarrollo en esta materia que trabajen sobre mitigar los riesgos inherentes a lo antes
mencionado. Este trabajo intenta ofrecer una alternativa productiva que tiende a
disminuir el impacto generado, con el agregado de valor a la cadena establecida.
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6.2 RESULTADOS DEL PROYECTO
6.2.1 RESUMEN
A lo largo de este trabajo se estudiaron los diversos aspectos técnicos y de
contexto necesarios para la implementación del mismo. Surgieron de este análisis los
siguientes resultados:
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
VIII.
IX.
X.
Agilidad y flexibilidad del proceso productivo
Equipos de diseño sencillo
Estructura de costos competitiva
Viabilidad de proyecto en contexto adverso
Versatilidad de Producto
Baja inversión inicial
Fácil reconversión del proceso
Mano de obra no especializada
Producto obtenido íntegramente de material reciclado
Bajo nivel de desechos
6.2.2 PERSPECTIVAS FUTURAS
Teniendo en cuenta los planteos realizados en la sección de análisis 2 “El
producto”, respecto al posicionamiento del producto en cuestión frente al sustituto de
PVC, encontramos que el caño corrugado de PEAD presenta amplias ventajas
técnicas, tanto en sus propiedades físicas como químicas. Siendo además un producto
mucho más económico y ya difundido para otras aplicaciones comerciales. Dado esto
y los actuales cuestionamientos al caño de PVC por su peligrosidad tóxica ante su
combustión, vemos una clara oportunidad de avance del PEAD con aditivos frente al
PVC en aplicaciones eléctricas de media y baja tensión.
Quedo fuera del alcance del proyecto pero cabe dar las siguientes
aclaraciones. Existen una gran variedad de fuentes de materia prima más allá del
reciclado de bidones de agroquímicos, sumado a la nobleza del material que hace
posible una casi completa recuperación de todos los materiales a reciclar, más la
posibilidad de producir sin grandes cambios en los esquemas de trabajo distintas
gamas de productos. Nos hacen concluir que este proyecto es extremadamente
versátil y flexible, de fácil reconversión y adaptación a las situaciones de su contexto.
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7 ANEXO 1: CÁLCULOS Y DESARROLLOS MATEMÁTICOS
7.1 RESUMEN DE NOMENCLATURA
1. Ancho del Canal [m] = w
2. Ángulo del filete del tornillo respecto de un eje vertical [°] = θ
3. Área Exterior de la Camisa [m2 ] = Ae
J
4. Calor Específico del Acero [kg.K] = CACERO
J
5. Calor Específico del PEAD [kg.K] = CPEAD
kg
6. Caudal de Arrastre o Drag [ s ] = QD
kg
7. Caudal de Pérdida o Lost [ s ] = QL
kg
8. Caudal de Presión o Pressure [ s ] = QP
kg
9. Caudal máximo de funcionamiento [hs] = Qmax
10. Caudal ponderado de uso [
11. Caudal total Con Boquilla [
12. Caudal total Sin Boquilla [
m3
s
m3
s
m3
s
] = Qpon
] = QCB
] = QSB
W
13. Coeficiente de Conductividad térmica del Acero [m.K] = k Acero
W
14. Coeficiente de Conductividad térmica del PEAD [m.K] = k PEAD
W
15. Coeficiente de transferencia de calor sup. del Acero [m2 .K] = hAcero
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16. Constante de Proporcionalidad del PEAD [−] = k
17. Constante para calculo de Caudal de Arrastre[m3 ] = C1
18. Constante para calculo de Caudal de Presión [m3 ] = C2
19. Constante para calculo de Caudal de Fuga [m3 ] = C3
kg
20. Densidad del Acero [m3 ] = ρAcero
21. Densidad del PEAD [
kg
m3
] = ρPEAD
22. Diámetro Exterior de la Camisa [m] = De
23. Diámetro Interior de la Camisa [m] = Di
24. Difusividad Térmica del PEAD [
m2
s
]= α
25. Eficiencia de Caudales[−] = η
26. Esfuerzo Cortante Medio [Pa] = τ0
27. Espesor del filete del tornillo [m] = e
28. Factor de Incidencia de la Boquilla [m3 ] = K
Pa
29. Gradiente de Presión a lo largo de canal [ m ] =
dP
dZ
30. Holgura entre camisa y tornillo(en dosificado) [m] = δ
31. Longitud de la Boquilla o pico [m] = LB
32. Longitud de la Camisa [m] = LC
33. Masa de la Camisa [kg] = mC
34. Masa del Rollo [kg] = mR
35. Masa del Tornillo [kg] = mT
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36. Número de hélices en el tornillo [−] = n
37. Potencia Mecánica requerida ~ Motor Principal [kW] = PMEC
38. Presión de Operación o trabajo [Pa] = POP
39. Presión Máxima [Pa] = PMAX
40. Profundidad del Canal en área de Dosificado [m] = h
41. Profundidad media del Canal [m] = h
42. Radio del Tornillo[m] = R
43. Radio Exterior de la boquilla[m] = re
44. Radio Interior de la boquilla[m] = ri
45. Sección o espesor del caño [m] = S
46. Temperatura Final Interior[°C] = T∞f
47. Temperatura inicial Interior[°C] = T∞i
48. Temperatura media de ingreso al molde (salida del pico)[°C] = Ti
49. Temperatura media de la pared del molde[°C] = Tw
50. Temperatura media salida del molde[°C] = Te
51. Tiempo de contacto del PEAD con el Molde [s] = t c
52. Tiempo de Permanencia del PEAD en la Camisa [s] = t p
53. Velocidad angular del tornillo [rad/s] = N’
54. Velocidad angular del tornillo [rps] = N
55. Velocidad de Cortadura [s−1 ] = γ
m
56. Velocidad máxima de enrollado [ h ] = Ve
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57. Viscosidad[Pa. s] = μ
7.2 HIPÓTESIS Y SISTEMAS DE REFERENCIA
Las hipótesis son:
El canal del tornillo se considera de sección rectangular
El canal del tornillo se encuentra “desenrollado” y se escoge el sistema
de coordenadas
El cilindro es una superficie plana que se mueve sobre el canal del
tornillo, arrastrando al material
Se considera que el fundido tiene un comportamiento newtoniano
Se considera que el fundido se comporta como un fluido incompresible
y Se supone que el proceso es continuo y en régimen estacionario.
Ilustración 24: Sistema de Referencia
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7.3 CALCULO DE VELOCIDAD
Hay dos tipos de flujo a lo largo del eje Z que han sido comentados
anteriormente: el movimiento del material es debido en parte al flujo de fricción o flujo
de arrastre provocado por el movimiento de la superficie del cilindro (siempre en
dirección +Z, la dirección positiva + Z es considerada hacia la boquilla). Si hay un
impedimento al flujo (una boquilla, una válvula, etc.) se crea un gradiente de presión
en dirección Z. Esto causa un flujo en dirección negativa, es el flujo de presión o flujo
de retroceso.
El análisis de la velocidad, y el posterior cálculo del caudal, se basan en
considerar el flujo newtoniano e isotermo de un fluido incompresible en un canal
rectangular de ancho w y altura h. para la velocidad se desprecia la holgura entre el
tornillo y el cilindro) no así para los cálculos de caudal, ya que ese factor es indicador
de vida útil o desgaste del equipo.
Partimos de la ecuación de velocidad de Navier-Stokes:
𝜕 2 𝑣 𝜕 2 𝑣 1 𝜕𝑃
+
= ( )
𝜕𝑥 2 𝜕𝑦 2 𝜇 𝜕𝑍
Ecuación 3 - Velocidad Navier-Stokes
𝐶𝑜 𝑜𝑤 ≫
∴
𝜕2𝑣 𝜕2𝑣
≪
𝜕𝑥 2 𝜕𝑦 2
𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒 , 𝑙𝑙𝑒 𝑎 𝑜 𝑎𝑙𝑎 𝑖 𝑢𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ∶
𝜕 2 𝑣 1 𝜕𝑃
= ( )
𝜕𝑦 2 𝜇 𝜕𝑍
𝜕2𝑣
1 𝜕𝑃
𝜕𝑣 𝑦 𝜕𝑃
𝐴𝑙𝑖𝑛𝑡𝑒 𝑟𝑎𝑟: ∫ 2 = ∫ ( ) →
= ( ) + 𝐴1
𝜕𝑦
𝜌 𝜕𝑍
𝜕𝑦 𝜇 𝜕𝑍
𝐼𝑛𝑡𝑒 𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜𝑁𝑢𝑒𝑣𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑒:
𝑣 = 𝑦2
1 𝜕𝑃
( ) + 𝑦𝐴1 + 𝐴2
2𝜇 𝜕𝑍
Teniendo en cuenta las condiciones límite: cuando y = 0, es decir, junto al
tornillo v = 0. Sustituyendo esta condición, se obtiene 𝐴2 = 0. Por otro lado, junto a la
pared del cilindro donde y = h, la velocidad será v=V, velocidad lineal periférica del
cilindro, con lo que resulta:
2
𝑣=
𝜕𝑃
( ) + 𝐴1
2𝜌 𝜕𝑍
𝐴1 =
𝑉
−
𝜕𝑃
( )
2𝜌 𝜕𝑍
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Teniendo en cuenta eso, y reemplazando los valores despejados, llegamos a la
ecuación final de la velocidad.
𝑣=
𝑉𝑦
+
𝑦(𝑦 − ) 𝜕𝑃
( )
2𝜇
𝜕𝑍
Ecuación 4 - Perfil de Velocidad dentro de la camisa
7.4 CÁLCULO DE MÁXIMA VELOCIDAD ADMISIBLE
De acuerdo a V.K. Savgorodny en su libro de tecnología de plásticos es posible
saber la máxima velocidad admisible para un polímero sabiendo su velocidad de
cortadura 𝛾 de la siguiente forma:
𝑁=
𝛾
60. 𝜋. 𝐷𝑖
Ecuación 5 - Velocidad Angular Máxima
7.5 CÁLCULO DE LAS PRESIONES MÁXIMAS Y OPERATIVAS
La presión máxima 𝑃𝑀𝐴𝑋 se calcula únicamente para el cálculo de resistencia
mecánica de los elementos, y se da en condiciones de arranque en frio, donde al no
poder pasar el material por la boquilla el caudal de salida será cero, y la presión de
operación será la máxima que.
Matemáticamente se calcula así:
𝑄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = ∑ 𝑄𝑖 = 0 ≫ 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶1 . 𝑁 − 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶2 .
𝑃𝑀𝐴𝑋 =
𝑃𝑀𝐴𝑋
𝑃𝑀𝐴𝑋
+ 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶3 .
=0
𝜇
𝜇
𝐶1 . . 𝑁. 𝜇
𝐶2 − 𝐶3
Ecuación 6 - Presión máxima
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Mientras que la presión de operación u operativa 𝑃𝑂𝑃 se calcula para el estado
de trabajo en régimen donde, obviamente, el caudal no es cero.
𝑃𝑂𝑃 =
𝐶1 . 𝑁. 𝜇
𝐶2 + 𝐶3
Ecuación 7 - Presión de Trabajo u Operación
7.6 CÁLCULO DEL CAUDAL
Para el cálculo del caudal, obtendremos 3 valores, cada uno correspondiente a
un fenómeno que sucede dentro del conjunto. Estos van a ser el Caudal de arrastre o
Drag (𝑄𝐷 ), el caudal de presión (𝑄𝑃 ) y el de pérdida o Lost (𝑄𝐿 ) el cual estará
afectado por el término de la holgura entre el tornillo y la camisa que en este caso si
será tenido en cuenta
𝑄 = ∬ 𝑣 𝑑𝐴
ℎ
𝑤
𝑄=∫ ∫
0
𝑉𝑦
+
0
𝑦(𝑦 − ) 𝜕𝑃
( ) 𝑑𝑤𝑑𝑦
2𝜇
𝜕𝑍
ℎ
𝑉𝑦 𝑦(𝑦 − ) 𝜕𝑃
𝑄 = ∫ 𝑤( +
( )) 𝑑𝑦
2𝜇
𝜕𝑍
0
𝑄=
𝑤𝑉
𝑤 3 𝜕𝑃
+
( )
2
12𝜇 𝜕𝑍
𝑄𝐷 =
𝑤𝑉
2
𝑄𝑃 =
𝑤 3 𝜕𝑃
( )
12𝜇 𝜕𝑍
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A partir de ahora, usaremos 3 constantes cuyas unidades serán m3 para ir
simplificando los cálculos. Las mismas serán:
1
𝐶1 = . 𝜋 2 . 𝐷𝑖 2 . . sin 𝜃 . cos 𝜃
2
𝜋. 𝐷𝑖 . 3 . (sin 𝜃)2
𝐶2 =
12 . 𝐿𝐶
𝐶3 =
𝜋 2 . 𝐷𝑖 2 . 𝛿 3 . tan 𝜃
12 . 𝑒. 𝐿𝐶
Reescribiendo los caudales hasta aquí cálculos e incorporando el faltante, los
términos quedaran así:
𝑄𝐷 = 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶1 . 𝑁
𝑄𝑃 = −𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶2 .
𝑄𝐿 = 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶3 .
𝑃𝑂𝑃
𝜇
𝑃𝑂𝑃
𝜇
El término 𝑄𝑃 es negativo, ya que el incremento de presión genera un flujo de
sentido contrario al avance.
𝑄𝑇 = 𝑄 = ∑ 𝑄𝑖 = 𝑄𝐷 + 𝑄𝐿 + 𝑄𝑃
𝑄 = 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶1 . 𝑁 + (−𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶2 .
𝑃𝑂𝑝
𝑃𝑂𝑝
) + 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶3 .
𝜇
𝜇
Reescribiendo y abriendo algunos parámetros, obtendremos, como es de
esperar una ecuación del caudal en función de las Revoluciones del tornillo.
𝑄 = 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶1 . 𝑁 + 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 .
𝑄 = 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶1 . 𝑁 +
𝑃𝑂𝑝
(𝐶3 − 𝐶2 )
𝜇
𝜌
𝐶1 . 𝑁. 𝜇
(𝐶3 − 𝐶2 ) (
)
𝜇
𝐶2 + 𝐶3
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Simplificando y Ordenando:
𝑄=
2. 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶1 . 𝐶3
𝑁
𝐶2 + 𝐶3
Podemos observar que este valor de caudal calculado no tiene en cuenta el
efecto del pico o boquilla de la extrusora, es un caudal a priori o máximo o en términos
prácticos, con el cabezal abierto. Lo denominaremos a partir de ahora caudal Sin
Boquilla.
𝑄𝑆𝐵 =
2 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶1 . 𝐶3
𝑁
𝐶2 + 𝐶3
Ecuación 8 - Caudal sin Boquilla
7.7 EFECTO DEL PICO O BOQUILLA SOBRE EL CAUDAL
A priori, es de esperar que un accesorio aumente los efectos de perdida de
carga del sistema, la pregunta que surge es si ese valor es lo suficientemente grande
para ser significativo. Este accesorio genera un “nuevo” caudal que en términos
absolutos incrementa el caudal de presión o bien en términos relativos, es un caudal
negativo.
Este fenómeno está en relación con una variable que llamaremos K o factor de
incidencia de la boquilla y la cual depende de la geometría del cabezal, en nuestro
caso, de un pico cilíndrico el cálculo de K será:
𝜋(𝑟𝑖 + 𝑟𝑒 )(𝑟𝑖 − 𝑟𝑒 )3
𝐾=
12 𝐿𝐵
Ecuación 9 - Factor de Corrección por la boquilla
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7.8 AJUSTE DEL CAUDAL POR EFECTO DE BOQUILLA (K)
Como ya dijimos, este factor tiene incidencia sobre el caudal de presión, por lo
que se puede recalcular el mismo o bien sumarlo como un caudal más. De esta última
forma el caudal total corregido será:
𝑄𝐶𝐵 = 𝑄𝑆𝐵 =
2. 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶1 . 𝐶3
𝑃𝑂𝑃
𝑁 + 𝐾. 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷
𝐶2 + 𝐶3
𝜇
Reordenando:
2 𝐶3 + 𝐾
𝑄𝐶𝐵 = 𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶1 . 𝑁 (
)
𝐶2 + 𝐶3
Ecuación 10 - Caudal con efecto de la boquilla
7.9 CÁLCULO DEL TIEMPO DE PERMANENCIA EN LA CAMISA
Mediante el análisis hasta aquí hecho, es posible saber el tiempo de
permanencia del material dentro de la camisa, el cual será un dato esencial a la hora
de calcular las resistencias eléctricas.
Tanto el volumen del polímero como el peso del tornillo, a ser variables difíciles
de calcular, se tomaran los valores de materiales dados por el proceso de simulación
térmica.
𝑡𝑝 =
𝑉𝑜𝑙𝑢 𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑃𝐸𝐴𝐷
1 𝜋(𝐷𝑒 2 − 𝐷𝑖 2 ). 𝐿𝐶
𝑇
=
−
(
)
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙
𝑄𝐶𝐵
4
𝜌𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜
Ecuación 11 - Tiempo de permanencia del Polímero
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7.10 CÁLCULO DEL RESISTENCIAS ELÉCTRICAS
Para iniciar el análisis de transporte de calor a través de las resistencias
eléctricas que posteriormente se seleccionarán, se define el problema como
conducción de calor a través de un cilindro infinito; esta suposición puede ser tomada
L
en vista que el cilindro cumple con la relación de D ≥ 10, esto se cumple como fue
comentado con anterioridad.
Para simplificar la solución se considera que el sólido pueda variar su
temperatura, pero que todo su interior se encuentra a la misma temperatura, debido a
que su resistencia interna es nula o despreciable por ser un cilindro conteniendo un
líquido con convección que homogenice su temperatura, entonces se supone que el
flujo de calor transmitido por su superficie es aportado por el calor acumulado.
Para comprobar que la resistencia interior es despreciable se recurre a un
coeficiente adimensional denominado número de Biot (Bi), que relaciona la resistencia
superficial con la resistencia interna, y cuyo valor debe ser muy inferior a la unidad. En
este caso se conoce que si Bi < 0,1 el error será menor del 5% aunque es deseable
que biot sea lo menor posible
De esta manera queda valida la aproximación por el método de la resistencia
despreciable para el caso en mención. A partir de este momento se asume que los
gradientes de temperatura del cilindro son despreciables, calculando el flujo de calor
necesario que deben suministrar las resistencias a fin de elevar la temperatura del
cilindro entre la temperatura exterior y la deseada dentro del mismo.
𝐵𝑖 =
𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜
𝐷𝑒 −𝐷𝑖
)
2
(
𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜
= 0,0238 < 0,1
Ecuación 12 - Cálculo del Número de Biot
Por ultimo hace falta calcular la cantidad de calor necesario a otorgar por
unidad de longitud, tomando como parámetro temperas constantes
será:
Haciendo un balance energético podemos concluir que el calor (H) requerido
∆𝐻𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜 = ∆𝐻𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜 + ∆𝐻𝑃𝐸𝐴𝐷 + ∆𝐻𝐶𝑎𝑚𝑖𝑠𝑎 𝑎 𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒
Ecuación 13 - Balance energético para cálculo de resistencias
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Este cálculo es una primera aproximación, dado que no contempla las perdidas
por radiación. Se toma como hipótesis que existe un contacto térmico ideal entre la
camisa, el polímero y el tornillo:
𝑑𝐻𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑑𝑜 = (
𝑑𝐻𝑃𝐸𝐴𝐷 =
𝑇
𝐶 ). 𝐶𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜
+
𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶𝑃𝐸𝐴𝐷 .
𝐻𝑐𝑎𝑚𝑖𝑠𝑎 𝑎 𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 =
𝑑𝑇𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜
𝑑𝑡
𝑑𝑇𝑃𝐸𝐴𝐷
𝑑𝑡
𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 𝐴𝑒 (𝑇𝑐𝑎𝑚𝑖𝑠𝑎
− 𝑇𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 )
Partiendo de un instante 𝑡0 , sabemos que 𝑇𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜(0) = 𝑇𝑃𝐸𝐴𝐷(0) = 𝑇𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 y si
evaluamos a 𝑑𝑡 en un periodo de tiempo lo suficientemente largo hasta que se pueda
𝑑𝑇
𝑑𝑇
𝑑𝑇
= 𝑃𝐸𝐴𝐷
= 𝑑𝑡 .
alcanzar una temperatura estable podemos decir que 𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜
𝑑𝑡
𝑑𝑡
Para facilitar la solución de las ecuaciones obtenidas, se considera que la
camisa y el tornillo tienen la misma temperatura conforme varía el tiempo,
consideración debida a que la termocuplas se la coloca lo más cerca posible al
polímero. Además de que ambas temperaturas puedan ser consideradas como la
temperatura de la masa de acero.
∆𝐻𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑎 = ∆𝐻𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝐺𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑜𝑟 𝑅𝑒 𝑖 𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐸𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 )
∆𝐻𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = [(
+
𝐶
𝑇 ). 𝐶𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜
+
𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶𝑃𝐸𝐴𝐷 ].
∆𝑇
+
∆𝑡
𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 . 𝐴𝑒 . (𝑇𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜
− 𝑇𝐴𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 )
para la resolución se toma:
∆Helectrica = Q
TAcero − Tambiente = Q(T)
Dividiendo por: (
P=
M=
(
𝐶
+
𝐶
∆𝐻𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎
𝑇 ). 𝐶𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 +
+
𝑇 ). 𝐶𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜
+
𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶𝑃𝐸𝐴𝐷
𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶𝑃𝐸𝐴𝐷
𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 . 𝐴𝑒
(
𝐶
+
𝑇 ). 𝐶𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜
+
𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶𝑃𝐸𝐴𝐷
La ecuación queda así:
P=
dQ(t)
+ MQ(t)
dt
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Resolviendo:
P
Q(t) = Q 0 e−Mt + (1 − e−Mt ) ( )
M
Recuperando el cambio de variable y Reordenando los términos
H𝐸𝑙𝑒𝑐𝑡 = (𝑇∞𝑓 − 𝑇∞𝑖 )
𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 . 𝐴𝑒 (1 − e
−
ℎ𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 .𝐴𝑒 .t
(𝑚𝐶 +𝑚𝑇 ).𝐶𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜 +𝑚𝑃𝐸𝐴𝐷 .𝐶𝑃𝐸𝐴𝐷
−1
)
Ecuación 14 - Potencia eléctrica necesaria
Sobre este cálculo hay que hacer algunas aclaraciones importantes, la primera
es que la potencia calculada está basada a un estado inicial “en frio” que sería la
energía necesaria por las resistencias para calentar el conjunto antes del primer uso
del día. O dicho de otra forma, es la potencia máxima necesaria durante el día o bien
la mínima para evitar el arranque con material a un determinado caudal sin fundir y
generar roturas en el cabezal. Pero de cualquier forma no es la potencia necesaria en
régimen de trabajo ya que una vez que la maquina alcanzo la temperatura de régimen
el consumo será mucho menor, en parte por la inercia térmica de las superficies y por
la compresión de tornillo.
La segunda aclaración importante es que el tiempo tomado será el de
permanencia mínima para los caudales máximos de trabajo, es decir, posiblemente en
la realidad los tiempo sean significativamente mayores generando una reducción de la
potencia requerida.
Si bien esto aparenta ser un inconveniente desde la eficiencia energética, ya
que a priori, se estaría calculando potencia de más, no lo es puesto que la temperatura
estará controlada electrónicamente y por lo tanto las resistencias funcionaran hasta
alcanzar ese valor, resistencias de más potencias andarán menos y resistencias de
menos potencia andarán más. Pero la energía consumida (kWh) será la misma al final
del ciclo.
7.11 CÁLCULO DEL TIEMPO DE PERMANENCIA EN EL MOLDE
El tiempo de permanencia en el molde es un valor crítico del proceso
productivo, un tiempo menor al calculado implicaría una mala conformación del
producto y un sobre tiempo implicaría una directa pérdida de productividad.
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Con la siguiente formula, a partir de las leyes de Fourier, podemos calcular el
tiempo mínimo de permanencia en condiciones de régimen donde las temperaturas
son todas constantes.
𝑡𝑐 =
𝑆2
8 (𝑇𝑖 − 𝑇𝑚 )
ln
(
)
𝑎𝜋 2
𝜋 2 (𝑇𝑒 − 𝑇𝑚 )
Ecuación 15 - tiempo de Contacto con el molde
𝑎=
𝑃𝐸𝐴𝐷
𝜌𝑃𝐸𝐴𝐷 . 𝐶𝑃𝐸𝐴𝐷
Ecuación 16 - Calculo de Difusividad Térmica del PEAD
Resolviendo esta ecuación, podemos obtener el tiempo mínimo en segundos
Δ𝑡
por unidad de longitud (o matemáticamenteΔ𝑙 ) necesario para un adecuado
conformado en las matrices. Dado que es un tiempo mínimo y se encuentra en el
denominador, si a la expresión la trabajamos podemos obtener el caudal máximo de
funcionamiento para cada medida de la siguiente manera:
𝑄𝑚𝑎𝑥 =
𝑅
𝑡𝑚𝑖𝑛
. 3600
Ecuación 17 - Caudal máximo de funcionamiento
7.12 CÁLCULO DEL CAUDAL DE TRABAJO
El caudal de trabajo será el valor mínimo entre el máximo caudal de
enfriamiento calculado con anterioridad y el que surja de la velocidad máxima de
enrollado de un operario calificado multiplicado por un área media de cada caño. De
esa forma se llegara a una combinación óptima de tiempo entre máquina y operarios
sin desperdiciar recursos ni sobresaturar la capacidad humana.
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7.13 CÁLCULO DE POTENCIA MECÁNICA (MOTOR PRINCIPAL)
El cálculo de la potencia necesaria para generar un par en el eje centrar o
tornillo es significativamente complejo por la cantidad de elementos no constante que
entran en juego a lo largo del proceso.
Por lo tanto se tomara como ecuación la formulada publicada por el instituto de
Ingeniería de Materiales y Tecnología de Fabricación-IMTEF (centro América y
Caribe).para luego comparar el resultado final con datos comerciales para analizar su
exactitud.
𝑅2
𝐷
4𝑛𝜋 ( 2 − 𝑅 2𝑖)
3𝜇𝑁′ 2
𝑃 = −𝑁′R ( 2
+ 𝜏0 ) (
)
−1
cos 𝜃
Ecuación 18 - Potencia Mecánica
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8 ANEXO 2: CALCULOS, SIMULACIONES Y RESULTADOS
8.1 PARÁMETROS DE INICIO
Parámetros
Angulo del filete del tornillo con la vertical
valor
Unidad
16,0 °
J kg. K
m3
m3
Calor especifico del Acero
C1
C2
460
1,38E-05
3,05E-11
C3
Conductividad térmica del Acero
Constante de Proporcionalidad del PEAD
Densidad ACERO
1,54E-11
m3
68 W m2 . K
0,980
−
7.850 kg m3
950 kg m3
Densidad PEAD
Diámetro externo de la Camisa
Diámetro Interno de la Camisa
0,090
0,055
m
m
Esfuerzo Cortante Medio
1.000
Pa
Espesor del Filete
5,00E-03
m
holgura entre el cilindro y el filete
Longitud
Longitud de la boquilla / cabezal
Masa Camisa + Tornillo (Acero)
5,50E-04
1,540
0,030
63
m
m
m
Kg
Profundidad del Canal (Dosificación)
0,004
m
Profundidad Media del Canal
Radio Externo de la boquilla
Radio Interno de la boquilla
Temperatura Infinita Final
Temperatura Infinita Inicial
Temperatura media Eyección
Temperatura media Inyección
Temperatura media Pared del Molde
0,028
0,004
0,003
200
20
71
220
70
m
m
m
°𝐶
°𝐶
°𝐶
°𝐶
°𝐶
Velocidad de Cortadura
Velocidad Máxima de Enrollado
Viscosidad Aparente
600
650
1000
1
𝑃𝑎.
Tabla 39: Parámetros Iniciales
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8.2 RESULTADOS DE EXTRUSORA EN RÉGIMEN MÁXIMO DE TRABAJO
Cálculos de la extrusora en velocidad máxima
Parámetros
Valor
Unidad
10,18 𝑟𝑎𝑑 /
Velocidad Angular
1,62
𝑟
97,23
𝑟
Presión Máxima (Q=0)
1,49E+09
𝑃𝑎
Presión De Operación
4,89E+08
𝑃𝑎
27,54
Potencia Mecánica
36,72
𝐻𝑃
Caudal de Arrastre (Drag)
76,72
/
Caudal de Presión (Pressure)
-50,94
/
Caudal de fuga (Lost)
25,78
/
Caudal Total sin Boquilla
51,56 𝒌𝒈/𝒉𝒔
Caudal Total con Boquilla
39,70 𝒌𝒈/𝒉𝒔
Eficiencia de Caudales (SB)
67,21
%
Eficiencia de Caudales (CB)
51,75
%
Tabla 40: Resultados en régimen Máximo
En la anterior tabla podemos observar los valores calculados para un estado
de régimen máximo, cuando las rpm del tornillo son las máximas admisibles para esa
combinación de datos o especificaciones.
Los cálculos presentan clara evidencia de que el efecto de la boquilla no es
despreciable para el caudal de funcionamiento, se pierde debido a ella cerca de un
15% en la eficiencia en la salida de caudal. O simplemente una reducción de la
productividad. Trabajar para buscar distintos perfiles o diseños del pico o boquilla es
más que recomendable para intentar reducir estas pérdidas.
Una aclaración importante es que estos cálculos, es que si bien hay
correcciones para intentar llevar los resultados lo más cerca de la realidad posible es
que no contemplan los efecto del material sucio o bien los efectos de los filtros en el
cabezal.
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8.3 RESULTADOS DE EXTRUSORA EN RÉGIMEN ARBITRARIO
Esta nueva tabla, arroja los mismos parámetro, que la anterior, pero a un
régimen arbitrario de rpm, en este caso la maquina estará a un 75% de su capacidad
máxima. Ese valor no fue aleatorio, se buscó, mediante un análisis de situaciones, la
combinación de equipos cuya capacidad a un régimen del 75% este muy cercana al
caudal ponderado de uso de la máquina.
El régimen ponderado de uso, es como su nombre lo indica, es el caudal
promedio de funcionamiento ponderado por la tasa de producción de cada medida
dado q no todas las medidas se fabrican con la misma necesidad. Esto surge de los
datos estimados de producción y venta de la sección 3.
Factor de utilización
Parámetros
Velocidad Angular
Presión Máxima (Q=0)
0,75
Valor
Unidad
7,64 𝑟𝑎𝑑 /
1,22
𝑟
72,92
𝑟
1,12E+09
𝑃𝑎
Presión De Operación
3,67E+08
15,48
Potencia Mecánica
20,64
Caudal de Drag
57,54
Caudal de Presión (Pressure)
-38,20
Caudal de fuga (Lost)
19,34
Caudal Total sin Boquilla
38,67
Caudal Total con Boquilla
26,81
Caudal Ponderado de uso
24,14
Coeficiente de utilización
90
𝑃𝑎
𝐻𝑃
/
/
/
𝒌𝒈/𝒉𝒔
𝒌𝒈/𝒉𝒔
𝒌𝒈/𝒉𝒔
%
Tabla 41: Resultados en condiciones seteadas
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8.4 CALCULO DE CAUDALES DE FUNCIONAMIENTO
Medida
Espesor
Tiempo en
el
Molde(𝐭 𝐜 )
Pulgadas
Std 5/8
Std 3/4
Std 7/8
Std 1
Ref 5/8
Ref 3/4
Ref 7/8
Ref 1
0,53
0,51
0,76
0,82
0,65
0,65
0,93
1,01
59,9
56,1
122,2
142,2
89,5
88,8
182,4
218,9
Máximo
caudal
según 𝐭 𝐜
/
39,04
48,12
38,31
40,51
32,18
38,50
31,58
32,89
Var
Máximo
caudal según
%
/
-2
21
-4
2
-19
-3
-20
-17
𝐕𝐞
Var
Caudal de
trabajo
Va
r
%
/
%
-60
-53
-20
-2
-52
-42
-4
21
15,81
18,48
31,57
39,00
19,17
23,08
31,58
32,89
-60
-53
-20
-2
-52
-42
-20
-17
15,81
18,48
31,57
39,00
19,17
23,08
38,27
48,00
Tabla 42: Caudales Máximos y de trabajo
En la tabla anterior podemos ver la cómo puede cambiar el caudal de
funcionamiento según el tiempo que debe permanecer en el molde para su
conformado. Como era de esperarse a medida que aumente el diámetro, es necesario
más tiempo dado que hay más material para enfriar.
A su vez se ve que como la velocidad de enrollado es independiente de la
sección, la mayor productividad por kilo se da en las medidas más grandes.
La combinación de estos 2 factores, ambos limitantes llegado el caso, da un
caudal de trabajo óptimo y posible para cada medida.
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Segundos
Tiempo minimo de
permanencia
300
250
200
150
100
50
0
5/8
3/4
7/8
1
Medidas
Gráfico 11: Tiempo de permanencia en el Molde
Porcentaje
Tasa de uso respecto
capacidad maxima
70%
50%
30%
10%
-10%
-30%
-50%
-70%
5/8
3/4
7/8
1
Medida
Gráfico 12: Tasa de Uso en relación al Caudal Máximo de extrusora
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8.5 TIEMPOS DE PERMANENCIA Y POTENCIA ELÉCTRICA
Cálculos de tiempos de permanencia y Resistencias
Tipo
STD
Medida
masa de PEAD Caudal de Tiempo dentro Potencia
trabajo
De la camisa
en camisa10
Pulgadas
𝒌𝒈
𝒌𝒈/𝒉𝒔
𝒔
𝒌𝑾
5/8
3/4
3,00
3,00
15,81
18,48
680
585
11,4
12,7
7/8
3,00
31,57
342
19,6
1
5/8
3/4
7/8
1
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
39,00
19,17
23,08
31,58
32,89
277
563
468
342
328
23,6
13,1
15,2
19,6
20,3
Ponderado
3,00
24,14
447
15,7
REF
Tabla 43 : Tiempos de permanencia y Resistencias Eléctricas
8.6 SIMULACIÓN DE RESISTENCIAS ELÉCTRICAS
Una vez calculadas las resistencias, podemos mediante un software de
simulación, obtener las temperaturas punto a punto. Prestaremos especial atención a
la temperatura en el extremo del cabezal donde es un factor crítico. Se calculara en
base a una potencia de 15 kW, coincidente con la potencia para trabajo según el
régimen de caudal ponderado.
A continuación, en el informe de simulación11, podemos ver que los valores
están dentro de los rangos deseados de funcionamiento. Se cumple las temperaturas
de cabezal un gradiente positivo hacia el mismo.
Como aclaración es importante decir que las temperaturas, que en algunos
casos son demasiado elevadas, son porque son los valores superficiales. Sin embargo
en el extremo del pico del cabezal donde el espesor es muy pequeño podemos tomar
a la temperatura de borde igual a la del material.
10
Según los datos obtenidos por software, la masa es de 3,145kg, sin embargo en la
primera etapa donde los pellets no están fundidos hay espacios de aire entre ellos que hacen
que la masa total sea menor de la calculada.
11
Las ilustraciones mostradas son capturas de pantalla de un video realizado mediante
un software de simulación. El mismo video será entregado en formato digital.
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Ilustración 25: Resultado Simulación térmica en Conjunto
Ilustración 26: Resultados de Simulación Térmica en cabezal
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plásticos a partir de bidones
Alumnos: Maisterrena Rodrigo y Pancotto Emilio
Versión: 4.0
8.7 RESULTADOS DE SIMULACIÓN TÉRMICA (SOLID EDGE ST6)
8.7.1 PROPIEDADES DEL ESTUDIO
Propiedad del estudio
Nombre del estudio
Tipo de estudio
Tipo de mallado
Solucionador iterativo
Verificación de geometría de NX Nastran
Línea de comandos de NX Nastran
Opciones de estudio de NX Nastran
Opciones generadas de NX Nastran
Opciones predeterminadas de NX Nastran
Opciones de carga térmica
RadiaciónElemento de ambiente cerrado
Convección libreFormulación alterna
Exponente de convección
Opción de sólo resultados de superficie
Valor
Estudio de transferencia de calor
Transferencia de calor de estado estable
Tetraédrico
Activado
Activado
0,00
No
0,00
Activado
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Versión: 4.0
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8.7.2 GEOMETRÍA DEL ESTUDIO
Nombre
camisa.par:1
Tornillo.par:1
material.par:1
resistencia.par:1
resistencia.par:2
resistencia.par:3
resistencia.par:4
resistencia.par:5
resistencia.par:6
resistencia.par:7
resistencia.par:8
resistencia.par:9
resistencia.par:10
resistencia.par:11
resistencia.par:12
resistencia.par:13
resistencia.par:14
resistencia.par:15
resistencia.par:16
resistencia.par:17
resistencia.par:18
resistencia.par:19
Material
Steel (Ocurrencia)
Steel (Ocurrencia)
Polypropylene
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Copper (Ocurrencia)
Masa (𝒌𝒈)
77,658
16,623
3,145
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
0,122
Volumen(𝒎𝒎𝟑 )
9914208,688
2122147,602
3444952,694
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
13642,366
Peso(N)
761,05
162,90
30,82
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
resistencia.par:20
Copper (Ocurrencia)
0,122
13642,366
1,20
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plásticos a partir de bidones
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8.7.3 CARGAS APLICADAS
Distribución
de carga
Nombre
Tipo de carga
Valor de carga
Temperatura
de cuerpo 1
Flujo
térmico 1
Flujo
térmico 2
Flujo
térmico 3
Temperatura
de cuerpo
20 C
Flujo térmico
2500 W
Total
Flujo térmico
7500 W
Total
Flujo térmico
5000 W
Total
Radiación 1
Radiación al
espacio
Convección
1
Convección
Temperatura
ambiente =0 C,
Emisividad =1,
Absortancia =1,
Factor de vista =1
Coeficiente
laminar =1
W/m^2-K,
Temperatura
ambiente =20 C
Dirección
de carga
Opción de
dirección de
carga
Positivo
Perpendicular
a cara
Positivo
Perpendicular
a cara
8.7.4 INFORMACIÓN DE MALLADO
Tipo de mallado
Tetraédrico
Número total de cuerpos mallados
23
Número total de elementos
22.913
Número total de nodos
44.570
Tamaño subjetivo de malla (1-10)
3
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8.8 RESULTADOS DE SIMULACIÓN PROGRAMACIÓN LINEAL
Variable Unidad Máquina Medida
Tipo
x1
Rollos
1
5/8
Standard
x2
x3
Rollos
Rollos
1
1
3/4
7/8
Standard
Standard
x4
Rollos
1
1
Standard
x5
Rollos
1
5/8
Reforzado
x6
Rollos
1
3/4
Reforzado
x7
Rollos
1
7/8
Reforzado
x8
Rollos
1
1
Reforzado
x9
Rollos
2
5/8
Standard
x10
Rollos
2
3/4
Standard
x11
Rollos
2
7/8
Standard
x12
Rollos
2
1
Standard
x13
Rollos
2
5/8
Reforzado
x14
Rollos
2
3/4
Reforzado
x15
Rollos
2
7/8
Reforzado
x16
Rollos
2
1
Reforzado
x17
Rollos
3
5/8
Standard
x18
Rollos
3
3/4
Standard
x19
Rollos
3
7/8
Standard
x20
Rollos
3
1
Standard
x21
Rollos
3
5/8
Reforzado
x22
Rollos
3
3/4
Reforzado
x23
Rollos
3
7/8
Reforzado
x24
Rollos
3
1
Reforzado
xa
Kg
TOTAL
5/8
Standard
xb
Kg
TOTAL
3/4
Standard
xc
Kg
TOTAL
7/8
Standard
xd
Kg
TOTAL
1
Standard
xe
xf
xg
xh
Kg
Kg
Kg
Kg
TOTAL
TOTAL
TOTAL
TOTAL
5/8
3/4
7/8
1
Reforzado
Reforzado
Reforzado
Reforzado
Tabla 44: Nomenclador Variables
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LP
OPTIMUM
FOUND
OBJECTIVE
FUNCTION
VALUE
1)
178684.2
VARIABLE
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X8
X9
X10
X11
X12
X13
X14
X15
X16
X17
X18
X19
X20
X21
X22
X23
X24
XA
XB
XC
XD
XE
XF
XG
XH
VALUE
0,00
4.453
0,00
0,00
0,00
400
0,00
140
0,00
0,00
3.000
0,00
0,00
105
0,00
0,00
400
1.307
0,00
325
175
0,00
1.313
0,00
260
4.320
3.900
520
140
480
2.100
280
AT
STEP
18
REDUCED
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
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ROW
MP)
HORAMA1)
HORAMA2)
HORAMA3)
BALANC1)
BALANC2)
BALANC3)
BALANC4)
BALANC5)
BALANC6)
BALANC7)
BALANC8)
MERC1)
MERC2)
MERC3)
MERC4)
MERC5)
MERC6)
MERC7)
MERC8)
PROVEA)
PROVEC)
PROVED)
PROVEE)
PROVEG)
PROVEH)
SLACK
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
160
3.800
420
40
2.000
180
OR
0,00
0,00
0,00
0,00
20
17
13
22
14
19
10
20
20
17
13
22
14
19
10
20
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
NO.
ITERATIONS=
18
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RANGES
OBJ
VARIABLE
COEF
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X8
X9
X10
X11
X12
X13
X14
X15
X16
X17
X18
X19
X20
X21
X22
X23
X24
XA
XB
XC
XD
XE
XF
XG
XH
IN
WHICH
THE
BASIS
IS
UNCHANGED:
COEFFICIENT RANGES
CURRENT ALLOWABLE ALLOWABLE
INCREASE
DECREASE
13
0,00
INFINITY
13
0,00
0,00
17
0,00
INFINITY
36
0,00
INFINITY
11
0,00
INFINITY
18
0,00
0,00
15
0,00
INFINITY
40
INFINITY
0,00
13
0,00
INFINITY
13
0,00
INFINITY
17
INFINITY
0,00
36
0,00
INFINITY
11
0,00
INFINITY
18
0,00
0,00
15
0,00
INFINITY
40
0,00
INFINITY
13
INFINITY
0,00
13
0,00
0,00
17
0,00
INFINITY
36
INFINITY
0,00
11
INFINITY
0,00
18
0,00
INFINITY
15
INFINITY
0,00
40
0,00
INFINITY
0,00
INFINITY
20
0,00
INFINITY
17
0,00
INFINITY
13
0,00
INFINITY
22
0,00
INFINITY
14
0,00
INFINITY
19
0,00
INFINITY
10
0,00
INFINITY
20
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RIGHTHAND
ROW
RHS
MP
HORAMA1
HORAMA2
HORAMA3
BALANC1
BALANC2
BALANC3
BALANC4
BALANC5
BALANC6
BALANC7
BALANC8
MERC1
MERC2
MERC3
MERC4
MERC5
MERC6
MERC7
MERC8
PROVEA
PROVEC
PROVED
PROVEE
PROVEG
PROVEH
SIDE
CURRENT
INCREASE
12.000
160
160
160
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
260
4.320
3.900
520
140
480
2.100
280
100
100
100
100
100
100
RANGES
ALLOWABLE ALLOWABLE
DECREASE
INFINITY
0,00
4
0,00
INFINITY
0,00
4
0,00
0,00
100
0,00
100
0,00
3.900
0,00
100
0,00
100
0,00
100
0,00
100
0,00
100
0,00
100
0,00
100
0,00
3.800
0,00
100
0,00
40
0,00
100
0,00
100
0,00
100
160
INFINITY
3.800
INFINITY
420
INFINITY
40
INFINITY
2.000
INFINITY
180
INFINITY
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9 INDICE DE CONTENIDO
9.1 ECUACIONES
ECUACIÓN 1 - POLIMERIZACIÓN DEL ETILENO .................................................................................... 4
ECUACIÓN 2 - ENERGÍA Y PERDIDA DE CARGA ................................................................................ 39
ECUACIÓN 3 - VELOCIDAD NAVIER-STOKES .................................................................................... 82
ECUACIÓN 4 - PERFIL DE VELOCIDAD DENTRO DE LA CAMISA ............................................................ 83
ECUACIÓN 5 - VELOCIDAD ANGULAR MÁXIMA .................................................................................. 83
ECUACIÓN 6 - PRESIÓN MÁXIMA...................................................................................................... 83
ECUACIÓN 7 - PRESIÓN DE TRABAJO U OPERACIÓN......................................................................... 84
ECUACIÓN 8 - CAUDAL SIN BOQUILLA.............................................................................................. 86
ECUACIÓN 9 - FACTOR DE CORRECCIÓN POR LA BOQUILLA .............................................................. 86
ECUACIÓN 10 - CAUDAL CON EFECTO DE LA BOQUILLA..................................................................... 87
ECUACIÓN 11 - TIEMPO DE PERMANENCIA DEL POLÍMERO ................................................................ 87
ECUACIÓN 12 - CÁLCULO DEL NÚMERO DE BIOT.............................................................................. 88
ECUACIÓN 13 - BALANCE ENERGÉTICO PARA CÁLCULO DE RESISTENCIAS ......................................... 88
ECUACIÓN 14 - POTENCIA ELÉCTRICA NECESARIA ........................................................................... 90
ECUACIÓN 15 - TIEMPO DE CONTACTO CON EL MOLDE ..................................................................... 91
ECUACIÓN 16 - CALCULO DE DIFUSIVIDAD TÉRMICA DEL PEAD ....................................................... 91
ECUACIÓN 17 - CAUDAL MÁXIMO DE FUNCIONAMIENTO .................................................................... 91
ECUACIÓN 18 - POTENCIA MECÁNICA ............................................................................................. 92
9.2 GRÁFICOS
GRÁFICO 1: VARIABILIDAD DE LA DEMANDA ..................................................................................... 17
GRÁFICO 2: ESTIMACIÓN EMPRESAS PUBLICAS ................................................................................ 19
GRÁFICO 3: ESTIMACIÓN EMPRESAS PRIVADAS ............................................................................... 19
GRÁFICO 4: PROPIEDADES DE DISTINTOS POLÍMEROS ...................................................................... 29
GRÁFICO 5: TEMPERATURAS POR ZONAS ........................................................................................ 32
GRÁFICO 6: VARIACIONES DE PESO ................................................................................................ 51
GRÁFICO 7: DISTRIBUCIONES DE PESO ........................................................................................... 51
GRÁFICO 8: XBARRA-R.................................................................................................................. 52
GRÁFICO 9: XBARRA-S .................................................................................................................. 52
GRÁFICO 10: CAPM ...................................................................................................................... 66
GRÁFICO 11: TIEMPO DE PERMANENCIA EN EL MOLDE ..................................................................... 97
GRÁFICO 12: TASA DE USO EN RELACIÓN AL CAUDAL MÁXIMO DE EXTRUSORA ................................. 97
9.3 ILUSTRACIONES
ILUSTRACIÓN 1 : EL PRODUCTO ........................................................................................................ 6
ILUSTRACIÓN 2: ESQUEMA DEL MOLINO .......................................................................................... 24
ILUSTRACIÓN 3: TIPOS DE ROTORES ............................................................................................... 25
ILUSTRACIÓN 4: ZARANDA .............................................................................................................. 26
ILUSTRACIÓN 5: ESQUEMA DE UNA EXTRUSORA .............................................................................. 28
ILUSTRACIÓN 6: TORNILLO DE EXTRUSORA ..................................................................................... 28
ILUSTRACIÓN 7: ZONAS DEL TORNILLO ............................................................................................ 30
ILUSTRACIÓN 8: RESISTENCIA......................................................................................................... 32
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Versión: 4.0
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ILUSTRACIÓN 9: SISTEMA DE FILTRO ............................................................................................... 33
ILUSTRACIÓN 10: CORRUGADORA ................................................................................................... 34
ILUSTRACIÓN 11: CUADRO COMPARATIVO DE EQUIPOS .................................................................... 38
ILUSTRACIÓN 12: MEDIA +/- 1 DESVÍO ............................................................................................. 42
ILUSTRACIÓN 13: MEDIA +/- 2 DESVÍOS .......................................................................................... 42
ILUSTRACIÓN 14: MEDIA +/- 3 DESVÍOS ........................................................................................... 43
ILUSTRACIÓN 15: VISTAS EXTERIORES DE PLANTA ........................................................................... 55
ILUSTRACIÓN 16: LOGÍSTICA INTERNA ............................................................................................. 56
ILUSTRACIÓN 17: SISTEMAS DE COEXTRUSIÓM ............................................................................... 58
ILUSTRACIÓN 18: SENSIBILIDAD MOD............................................................................................. 73
ILUSTRACIÓN 19: SENSIBILIDAD PRECIO PEAD ............................................................................... 73
ILUSTRACIÓN 20: SENSIBILIDAD INEFICIENCIA .................................................................................. 74
ILUSTRACIÓN 21: SENSIBILIDAD COSTO STD .................................................................................. 74
ILUSTRACIÓN 22: SENSIBILIDAD GGF ............................................................................................. 75
ILUSTRACIÓN 23: SENSIBILIDAD NAN ............................................................................................. 75
ILUSTRACIÓN 24: SISTEMA DE REFERENCIA .................................................................................... 81
ILUSTRACIÓN 25: RESULTADO SIMULACIÓN TÉRMICA EN CONJUNTO ................................................. 99
ILUSTRACIÓN 26: RESULTADOS DE SIMULACIÓN TÉRMICA EN CABEZAL ............................................. 99
9.4 TABLAS
TABLA 1: ESPECIFICACIÓN DE LOS PRODUCTOS ................................................................................. 6
TABLA 2: LISTA DE PROPIEDADES PRINCIPALES DEL PEAD ................................................................ 9
TABLA 3: PERMISOS DE EDIFICACIÓN .............................................................................................. 14
TABLA 4: ESTIMACIONES DE MERCADO ........................................................................................... 15
TABLA 5: DEMANDA HISTÓRICA ...................................................................................................... 16
TABLA 6: ÍNDICES DE ESTACIONALIDAD............................................................................................ 17
TABLA 7: PRONÓSTICOS DE DEMANDA ............................................................................................ 18
TABLA 8: PRONÓSTICOS COMERCIALES........................................................................................... 20
TABLA 9: CANTIDADES A PRODUCIR SEGÚN PL ............................................................................... 21
TABLA 10: COSTOS Y UTILIDADES................................................................................................... 22
TABLA 11: LISTADO EQUIPOS ......................................................................................................... 36
TABLA 12: EQUIPOS DETALLADOS .................................................................................................. 37
TABLA 13: VALORES COMERCIALES STD ........................................................................................ 46
TABLA 14: VALORES COMERCIALES REF ........................................................................................ 47
TABLA 15: LIMITES DE TOLERANCIA................................................................................................. 48
TABLA 16: VALORES OBTENIDOS DE PESAJES .................................................................................. 49
TABLA 17: DATOS DE PRODUCCIÓN DE 3/4 STD ............................................................................. 50
TABLA 18: DESVÍOS RESPECTO A LAS MEDIAS ................................................................................. 53
TABLA 19: DESGLOSE DEL TRABAJO ............................................................................................... 57
TABLA 20: GASTOS GENERALES DE FABRICACIÓN ........................................................................... 60
TABLA 21: COSTOS DIRECTOS ....................................................................................................... 61
TABLA 22: AMORTIZACIONES .......................................................................................................... 61
TABLA 23: COSTEO DE EQUIPOS Y HERRAMIENTAS ......................................................................... 62
TABLA 24: OBRA CIVIL ................................................................................................................... 62
TABLA 25: COSTOS INSTALACIONES ............................................................................................... 63
TABLA 26: COSTOS GENERALES DE INVERSIÓN ............................................................................... 63
TABLA 27: PROGRAMA DE INVERSIÓN ............................................................................................. 64
TABLA 28: CAPM .......................................................................................................................... 65
TABLA 29: ESTRUCTURA DE CAPITAL .............................................................................................. 65
TABLA 30: ESCENARIOS DE INFLACIÓN............................................................................................ 67
TABLA 31: ESCENARIO 1 ................................................................................................................ 68
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plásticos a partir de bidones
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Versión: 4.0
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plásticos a partir de bidones
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Versión: 4.0
TABLA 32: ESCENARIO 2 ................................................................................................................ 68
TABLA 33: ESCENARIO 3 ................................................................................................................ 69
TABLA 34: FF ESCENARIO 1 ........................................................................................................... 70
TABLA 35: FF ESCENARIO 2 ........................................................................................................... 70
TABLA 36: FF ESCENARIO 3 ........................................................................................................... 71
TABLA 37: FF IVA ......................................................................................................................... 71
TABLA 38: PAYBACK SIMPLE .......................................................................................................... 72
TABLA 39: PARÁMETROS INICIALES................................................................................................. 93
TABLA 40: RESULTADOS EN RÉGIMEN MÁXIMO ................................................................................ 94
TABLA 41: RESULTADOS EN CONDICIONES SETEADAS ...................................................................... 95
TABLA 42: CAUDALES MÁXIMOS Y DE TRABAJO ............................................................................... 96
TABLA 43 : TIEMPOS DE PERMANENCIA Y RESISTENCIAS ELÉCTRICAS .............................................. 98
TABLA 44: NOMENCLADOR VARIABLES.......................................................................................... 103
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10 BIBLIOGRAFÍA Y MATERIAL DE CONSULTA
10.1 PRESENTACIONES
1. ARGENPLAS (2012), Residuos Sólidos Urbanos en el AMBA –
Buenos Aires
2. ECOPAL (2009), Caños de Polietileno de Alta Densidad –Valencia
3. GREENPEACE (2012), Residuos Sólidos Urbanos en AMBA –
Buenos Aires
4. ISCO INDUSTRIES, High Density Polyethylene Pipe Typical Physical
Properties - Louisiana
5. INDEC (marzo 2015), Indicador Sintético de la Actividad de la
Construcción – Buenos Aires
6. INDEC (Julio 2015), Indicador Sintético de la Actividad de la
Construcción – Buenos Aires
7. SEMCHIKOV Y. and RYABOV S. (2007), Fireproof Polymer
Compounds Based on Polyvinyl Chloride and Perchlorovinyl Resin Nizhni Novgorod
8. REMAR (2002), Manejo Ambiental de Envases Residuales –Buenos
Aires
9. IMTEF (2005), Metodología para la selección de motor en los
procesos de extrusión–Barranquilla
10.2 TESIS DE GRADO
1. GOMEZ J. BEDOYA J. (2007) , Diseño de una extrusora para
plásticos – Risaralda
2. ROOSEVELTH C. (2011) , Diseño de una maquina extrusora,
Santiago de Cali
3. FLORES S. (2013) , Maquina extrusora para reciclaje de plástico Ibarra
4. GIRON I. (2005) , Estudio de las propiedades y aplicaciones
industriales del polietileno de alta densidad – Antigua Guatemala
5. Estudio de las propiedades y aplicaciones Industriales del PEAD Universidad de San Carlos de Guatemala, Guatemala
6. CAMPOVERDE J. (2008), Rehabilitación, Operación y Mantenimiento
de una Extrusora– Guayaquil
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10.3 LIBROS
1. KIRK – OTHMER (2001), Encyclopedia of Chemical Technology, 4°
Ed.- Wiley editorial, New Jersey
2. EBEWELE R.(2000), Polymer Science and Technology, CRC Press
LLC editorial, Florida
3. BELTRAN M. y MARCILLA A. (2012), Tecnología de Polímeros.
Procesos y Propiedades, Editorial Universidad Alicante, Alicante
4. SAVGORODNY V.(1978), Transformación de Plásticos, 2° Ed. Editorial Gustavo Gili, Barcelona
5. MIRANDA M. (2003), Programación Lineal y su entorno - editorial
EDUCA, Buenos Aires
6. RIFAT L. (2008) ,Lecciones de Ingeniería económica y Finanzas –
editorial Nueva Librería, Buenos Aires
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